Materialien, die aus mehreren ultradünnen Schichten bestehen, sind ein spannendes neues Forschungsgebiet.
Wissenschaftler haben eine Kombination aus Graphen undMolybdändisulfid. Zwei Materialschichten kommen in Kontakt und haften dann unter dem Einfluss schwacher Van-der-Waals-Kräfte aneinander. Graphen ist ein sehr guter Leiter, Molybdändisulfid ist ein Halbleiter, und diese Kombination könnte für die Herstellung neuer Arten von Speichervorrichtungen interessant sein, sagen Wissenschaftler.
Für bestimmte Anwendungen gilt jedoch die GeometrieMaterial muss speziell im Nanometerbereich verarbeitet werden - zum Beispiel, um chemische Eigenschaften durch Hinzufügen zusätzlicher Arten von Atomen zu ändern oder um die optischen Eigenschaften einer Oberfläche zu steuern. Oberflächen können unter Verwendung eines Elektronenstrahls oder eines herkömmlichen Ionenstrahls modifiziert werden. In einem Zweischichtsystem gibt es jedoch immer ein Problem - der Ionenstrahl wirkt gleichzeitig auf beide Schichten, auch wenn nur eine Schicht in dem Problem geändert werden soll.
Wenn ein Ionenstrahl zur Oberflächenbehandlung verwendet wird, wirkt sich normalerweise die Aufprallkraft der Ionen auf das Material aus. Allerdings nutzen die Wissenschaftler bei der neuen Methode relativ langsame, mehrfach geladene Ionen.
„Hier muss zwischen zwei unterschiedlichen Formen unterschieden werdenEnergie. Zum einen gibt es die kinetische Energie, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Ionen auf die Oberfläche auftreffen. Zum anderen gibt es die potentielle Energie, die durch die elektrische Ladung der Ionen bestimmt wird. Bei Ionenstrahlen spielt die kinetische Energie eine entscheidende Rolle, für Wissenschaftler ist jedoch vor allem die potentielle Energie wichtig.
Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen diesen beidenEnergieformen: Während beim Durchdringen eines Schichtsystems in beiden Schichten eines Materials kinetische Energie freigesetzt wird, kann sich potentielle Energie sehr ungleichmäßig zwischen den Schichten verteilen.
Molybdändisulfid reagiert sehr stark aufhoch geladene Ionen. Ein einzelnes Ion, das in diese Schicht eintritt, kann Dutzende oder Hunderte von Atomen aus der Schicht entfernen. Es bleibt nur ein Loch übrig, das unter einem Elektronenmikroskop sehr gut sichtbar ist. Andererseits bleibt die Graphenschicht, in die das Projektil unmittelbar nach dem Aufprall trifft, intakt: Der größte Teil der potentiellen Energie wurde bereits freigesetzt.
Das gleiche Experiment kann auch umgekehrt werden. Das hoch geladene Ion trifft zuerst auf das Graphen und dann auf die Molybdändisulfidschicht. In diesem Fall bleiben beide Schichten intakt: Graphen versorgt das Ion mit den Elektronen, die erforderlich sind, um es in Sekundenbruchteilen elektrisch zu neutralisieren. Die Elektronenmobilität in Graphen ist so hoch, dass sich auch der Aufprallpunkt sofort „abkühlt“. Das Ion durchquert die Graphenschicht, ohne eine bleibende Spur zu hinterlassen. Danach kann die Molybdändisulfidschicht nicht mehr wesentlich geschädigt werden.
Dies gibt Wissenschaftlern eine neue Methode der gezieltenSteuerflächen. Jetzt ist es möglich, Nanoporen auf der Oberfläche anzubringen, ohne das darunter liegende Substratmaterial zu beschädigen. Auf diese Weise können Sie geometrische Strukturen erstellen, die zuvor nicht möglich waren. Sie können "Masken" aus Molybdändisulfid erstellen, die genau wie gewünscht perforiert sind und auf denen dann bestimmte Metallatome abgeschieden werden. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten zur Überwachung der chemischen, elektronischen und optischen Eigenschaften von Oberflächen.
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