Уникальные свойства графена определяются его структурой, и наличие в ней даже одиночных несовершенств влияет на пригодность этого двумерного углеродного материала, в частности, для применения в электронике.
Коллективами физических лабораторий Университета Райса и Института лазерной техники при Осакском университете найден несложный способ выявлять и идентифицировать «неправильные молекулы» на поверхности графена с использованием терагерцевой спектроскопии.
Работа будет важна для производителей, планирующих внедрение графена в электронные устройства.
Молекулы чужеродной субстанции в графене достаточно для того, чтобы повлиять на его электрические и оптические свойства. К сожалению, как подчеркивает Коно, электрические контакты тоже можно рассматривать как загрязнение.
Обычно, чтобы определить проводимость материала, требуется подсоединить контакты и произвести измерения. Предложенный метод является бесконтактным — он использует свойство фосфида индия излучать терагерцевые волны при возбуждении.
В описываемых экспериментах фосфид индия служил подложкой для графена, полученного химическим осаждением из газовой фазы. Исследователи облучали образец фемтосекундными импульсами лазера, работающего в ближнем ИК-диапазоне. В ответ фосфид индия испускал терагерцевые волны, которые проходили сквозь графен и улавливались спектрометром.
Наличие посторонней молекулы кислорода на графене значительно изменяло степень поглощения и форму импульса терагерцевого излучения, обеспечивая выявление даже самых элементарных дефектов. «Для любых будущих конструкций устройств, использующих графен, мы должны учитывать влияние окружающей среды», — комментируют ученые. Графен в вакууме или между слоями других материалов, вероятно, будет стабилен, но даже атмосферный воздух будет его загрязнять.
Новый метод визуализировал не только местоположение загрязняющих молекул, но и изменения, происходящие по мере того, как под действием лазера молекулы кислорода удалялись из графена, изменяя его плотность.
Высокая чувствительность открывает перспективы для применения терагерцевой методики в датчиках газов. В продолжение проекта ее авторы намерены измерить терагерцевую проводимость графена на различных типах подложек.
