p O grafeno e outras substâncias com a espessura de um único átomo são uma categoria de materiais maravilhosos, com pesquisadores de todo o mundo investigando suas propriedades eletrônicas para aplicações potenciais em tecnologias tão diversas como células solares, novos semicondutores, sensores, e armazenamento de energia. p O maior desafio para o projeto desses materiais de camada única ou 2-D em todos os seus inúmeros usos potenciais é a necessidade de uma perfeição e uniformidade átomo por átomo que pode ser difícil e trabalhosa de se alcançar em escalas tão pequenas, e difícil de avaliar também.

p "Estamos tentando ser mais inteligentes do que a natureza na montagem desses materiais, "disse Michael C. Tringides, um cientista sênior do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e professor de física da Iowa State University, que investiga as propriedades únicas de materiais 2-D e metais cultivados em grafeno, grafite, e outras superfícies revestidas de carbono. "E para fazer isso, estamos forçando os átomos a se reunirem de uma forma que normalmente não fariam. Um dos maiores desafios da área é produzir de forma confiável grafeno de alta qualidade e outros materiais semelhantes. "

p Tringides e outros cientistas do Laboratório Ames descobriram e confirmaram um método que pode servir como uma maneira fácil, mas confiável, de testar a qualidade do grafeno e de outros materiais 2-D. Ele tira proveito do fundo muito amplo na difração de elétrons de superfície, denominado Bell-Shaped-Component (BSC), que se correlaciona fortemente com uniformemente padronizado, ou grafeno "perfeito".

p Compreender a correlação tem implicações para o controle de qualidade confiável de materiais 2-D em um ambiente de manufatura.

p "Esta descoberta desafia a sabedoria convencional, mas a correlação entre este estranho fenômeno e o grafeno de alta qualidade é inconfundível. Na aplicação prática, vemos que se estende a outros materiais 2-D de alto interesse que são semelhantes ao grafeno por terem uniformidade semelhante de uma única camada, "disse Tringides.

p Ano passado, Os pesquisadores do Laboratório Ames descobriram por meio da difração de elétrons de baixa energia - uma técnica comumente usada na física para estudar a estrutura cristalina das superfícies de materiais sólidos - que os padrões de difração amplos são um indicador que demonstra de forma confiável a alta qualidade de um material 2-D. Era uma característica do grafeno de alta qualidade que essencialmente se escondia no fundo, e tinha sido esquecido em pesquisas publicadas porque era exatamente o oposto do que é geralmente aceito nos estudos de difração - que apenas acentuado, pontos de difração brilhantes devem estar presentes. Porque essa descoberta foi contra-intuitiva, investigação adicional foi necessária sob diferentes condições experimentais e para compreender a origem do BSC, disse Tringides.

p Primeiro, os cientistas cultivaram grafeno por recozimento, ou aquecê-lo, através de uma gama de altas temperaturas, e comparando o crescimento da difração BSC junto com o crescimento do outro, indicador geralmente aceito de pontos de difração nítidos. A evolução do amplo fundo de difração espelhava de perto a do ponto mais nítido, o que provou que eles estão correlacionados. Em segundo lugar, o grupo então experimentou depositar átomos de metal (neste caso, disprósio) na superfície e abaixo do grafeno. Chamado de intercalação, esse processo de deposição é uma das maneiras pelas quais os cientistas podem personalizar materiais 2-D para funções específicas. No segundo experimento, os cientistas mediram o crescimento do BSC durante a intercalação - fraco quando os átomos de metal estão inicialmente desordenados, e, em seguida, aumentando à medida que os átomos de metal se encaixam entre o grafeno e o substrato, criando uma camada uniforme. Portanto, embora o BSC não fosse um padrão de difração de livro didático, sua causa é a mecânica quântica de livros - como os elétrons são comprimidos em uma única camada, seus vetores de onda devem se espalhar, criando o amplo padrão de difração.

p A pesquisa é mais discutida no artigo "Alta uniformidade de camada de materiais bidimensionais demonstrada de forma surpreendente a partir de características amplas na difusão de elétrons de superfície, "de autoria de S. Chen, M. Horn von Hoegen, P. A. Thiel, A. Kaminski, B. Schrunk, T. Speliotis, E. H. Conrad, e M. C. Tringides; e publicado no Journal of Physical Chemistry Letters .