Найти атом кремния в графене

Использование новой методики позволяет определить, что атомы кремния, связанные с четырьмя атомами углерода, характеризуются плоской геометрией и находятся в состоянии sp2d-гибридизацией, в то время как для трехкоординированного атома кремния характерна sp3-гибридизация. Данные экспериментов согласуются с результатами теоретического моделирования двумерных твердых систем и могут стать основой метода для изучения единичных загрязнений в графене и родственном ему материалах.

Атомная структура трех- и четырехкоординированных атомов кремния в графене. (Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2012, 109, 206803)

Стефан Пенникук(Stephen Pennycook) с коллегами поясняет, что экспериментальное изучение локальных структур и характеристик связи на атомном уровне является существенным достижением в химии материалов. Изучение того, каким образом загрязнения и легирующие добавки может подсказать важную информацию о способах модификации и соответствующего технологического применения широкого ряда полупроводниковых материалов, включая графен. Исследователь подчеркивает, что для изучения подобных систем неоднократно использовались различные экспериментальные методы наряду с теорией функционала плотности (DFT). Однако, к сожалению, методы электронной микроскопии, применявшиеся до настоящего времени, не позволяли исследователям определять валентное состояние и тип связи для отдельных атомов в структуре двумерных твердых материалов – будь они загрязнениями или легирующими добавками.

Для решения этой проблемы исследователи скомбинировали спектроскопию потери электрона атомного разрешения и метод микроскопического изображения с помощью кольцевого тёмного поля, применяющуюся в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Исследователи продемонстрировали успешность этой комбинации, изучив свойства одного из наиболее распространенных типов загрязнений в графене, полученном в с помощью высокотемпературного осаждения паров, кремния. Кремниевые включения появляются в графене из-за того, что этот элемент входит в состав кварцевых компонентов оборудования, применяющегося для высокотемпературного осаждения паров. Кремний может влиять на свойства графена, кроме этого в рамках перспектив интеграции электроники из графена с полупроводниковыми системами на основе кремния необходимо выяснить, каким образом ведет себя этот элемент в двумерной матрице из атомов углерода. Результаты исследования позволяют не только определить, как ведет себя кремний (или другие включения) а атомной кристаллической решетке графена, но и говорят о том, что новая комбинированная методика может быть использована и для изучения других двумерных материалов или даже отдельных молекул.

По материалам chemport.ru