Metoda analizy czystości grafenu oparta na falach terahercowych

Mapa amplitudy prom. THz. Niebieski pkt – cząsteczka tlenu / Rice Univer.

Grafen może mieć wiele zastosowań, jednak aby dobrze go scharakteryzować, konieczne jest określenie jego czystości. Naukowcy z amerykańskiego uniwersytetu Rice i japońskiego Uniwersytetu w Osace opracowali metodę wykrywania zanieczyszczeń w grafenie za pomocą spektroskopii terahercowej.

Nawet niewielka ilość zanieczyszczeń w grafenie prowadzi do zaburzenia jego optycznych i elektrycznych właściwości. Z kolei to, że zmianie ulegają właściwości elektryczne, pozwala na ich wykrycie. Aby zmierzyć przewodność jakiegoś materiału konieczne jest jego połączenie z przewodnikiem elektryczności. W opisywanej metodzie do wykrycia zmian przewodności wykorzystano bezkontaktową metodę spektroskopii terahercowej, w której stosuje się promieniowanie o częstotliwościach od kilkuset GHz do kilku Thz i niewielkich mocach. Fosforek indu (InP) pod wpływem femtosekundowych impulsów lasera działającego w podczerwieni emituje fale terahercowe. Metoda bazuje na zmianie w polu elektrycznym warstwy fosforku indu pod wpływem przeniesienia ładunku elektrycznego powstającego w skutek obecności zanieczyszczeń w grafenie.

Z użyciem fosforku indu wytworzono warstwę stykającą się z grafenem, którą poddano działaniu lasera. Powstałe fale terahercowe przechodziły przez strukturę grafenu i pole elektryczne wytwarzane przez te fale było mierzone przez spektrometr co pozwoliło na wykrycie takich niedoskonałości w grafenie jak pojedyncza cząsteczka tlenu.

Zmiany, jakie następują w widmie terahercowym pod wpływem zmian w składzie grafenu, są zadziwiające i wynikają z dynamicznej adsorpcji i desorpcji zanieczyszczeń w strukturze grafenu. Zmienia się zarówno intensywność, jak i kształt fali. Za pomocą tej metody można mierzyć zarówno lokalizację zanieczyszczeń, jak i zmiany w ich ilości.

(pj)