Двумерные материалы атомно тонкие, наиболее известным из которых является графен, слой атомов углерода толщиной в один атом.
«Люди изо всех сил пытались сделать эти 2D-материалы без дефектов, – сказал Маурисио Терронес, Verne M. Уилламан, профессор физики, Пенсильванский университет. "Это конечная цель.
Мы хотим иметь 2D-материал на четырехдюймовой пластине с хотя бы приемлемым количеством дефектов, но вы хотите быстро оценить его."
Решение исследователей, представляющих штат Пенсильвания, Северо-Восточный университет, Университет Райса и Федеральный университет штата Минас-Жерайс в Бразилии, заключается в использовании лазерного излучения в сочетании с генерацией второй гармоники – феномена, при котором частота света падает на материал. отражает с удвоенной исходной частотой. Они добавляют изображение в темном поле, метод, при котором посторонний свет отфильтровывается, чтобы дефекты просвечивались. По словам исследователей, это первый случай использования изображений в темном поле, который обеспечивает в три раза большую яркость по сравнению со стандартным методом визуализации в светлом поле, что позволяет видеть типы дефектов, ранее невидимые.
«Локализация и идентификация дефектов с помощью обычно используемой генерации второй гармоники светлого поля ограничены из-за эффектов интерференции между различными зернами 2D-материалов», – сказал Леандро Маллард, старший автор недавней статьи в Nano Letters и профессор Федерального университета. de Minas Gerais. «В этой работе мы показали, что с помощью ГВГ темного поля мы устраняем интерференционные эффекты и выявляем границы зерен и края полупроводниковых 2D материалов. Такой новый метод имеет хорошее пространственное разрешение и может отображать образцы большой площади, которые можно использовать для контроля качества материала, производимого в промышленных масштабах."
Винсент Х. Креспи, заслуженный профессор физики, материаловедения и инженерии, а также химии Пенсильванского университета, добавил: «Кристаллы состоят из атомов, поэтому дефекты внутри кристаллов, где атомы размещены неправильно, также имеют атомный размер.
«Обычно, чтобы различать такие мелкие детали в материале, необходимы мощные, дорогие и медленные экспериментальные зонды, которые делают микроскопию с использованием пучков электронов», – сказал Креспи. «Здесь мы используем быстрый и доступный оптический метод, который извлекает только сигнал, исходящий от самого дефекта, чтобы быстро и надежно выяснить, как 2D-материалы сшиваются вместе из зерен, ориентированных по-разному."
Другой соавтор сравнил эту технику с поиском определенного нуля на странице, полной нулей.
«В темном поле все нули делаются невидимыми, так что выделяется только дефектный ноль», – сказал Юаньси Ван, доцент-исследователь в Институте исследований материалов Пенсильванского университета.
По словам Терронеса, полупроводниковая промышленность хочет иметь возможность проверять наличие дефектов на производственной линии, но 2D-материалы, скорее всего, будут использоваться в датчиках, прежде чем они будут использоваться в электронике. Поскольку 2D-материалы являются гибкими и могут быть встроены в очень небольшие пространства, они являются хорошими кандидатами для использования нескольких датчиков в умных часах или смартфоне, а также во множестве других мест, где требуются небольшие гибкие датчики.
«Следующим шагом будет усовершенствование экспериментальной установки для картирования дефектов нулевой размерности – например, атомных вакансий – а также распространение ее на другие 2D-материалы, обладающие различными электронными и структурными свойствами», – сказал ведущий автор Бруно Карвалью, бывший приглашенный ученый в группе Терронеса,