Udało się stworzyć sztuczny grafen z jeszcze bardziej egzotycznej cząsteczki?

Fulereny C60, znane także jako buckyball, wydają się być bardziej złożone niż ich grafen, ale wykazują znacznie bardziej pospolite właściwości elektroniczne. Dlaczego?
Grafen
Grafen

Grafen już od dawna jest nazywany cudownym materiałem. Ma postać płaskiej struktury złożonej z atomów węgla, połączonych w sześciokąty, kształtem przypominając plaster miodu. Ponieważ ma jednoatomową grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową. Oprócz zaskakująco wysokiej stabilności mechanicznej, materiał ten ma ekscytujące właściwości elektroniczne.

Naukowcy już od jakiegoś czasu starają się modyfikować strukturę grafenu i tworzyć nowe materiały. Ostatnie badania uczonych z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sugerują, że znacznie łatwiej jest wytworzyć sztuczny grafen przy użyciu cząsteczek C60 zwanych buckyball. Wystarczy, że ich jednolita warstwa zostanie naniesiona na złoto, aby elektrony nabrały specjalnych właściwości grafenu.

Czytaj też: Trójwarstwowy grafen ma niezwykłe właściwości. W przyszłości zostaną wykorzystane w technologiach kwantowych

Pomiary widm fotoemisji pokazały, że mamy do czynienia z rodzajem stożka Diraca, który występuje w grafenie. Są to dwie linie, które przecinają się bez przerwy pasmowej – czyli różnicy energii między elektronami w paśmie przewodnictwa a tymi w pasmach walencyjnych.

To byłoby naprawdę dość niesamowite. Ponieważ cząsteczka C60 jest absolutnie niepolarna, trudno nam było sobie wyobrazić, jak takie cząsteczki mogłyby wywierać silny wpływ na elektrony w złocie.Dr Andrei Varykhalov z HZB

Niemieccy naukowcy byli w stanie zbadać warstwy C60 na złocie w znacznie większym zakresie energii i dla różnych parametrów pomiarowych. Wykorzystali oni tzw. spektroskopię ARPES, która umożliwia szczególnie precyzyjne pomiary.

W naszych zmierzonych danych widzimy paraboliczną zależność między pędem i energią, więc jest to bardzo normalne zachowanie. Te sygnały pochodzą od elektronów głęboko w podłożu (złoto lub miedź), a nie w warstwie, na którą mogłyby wpływać kule buckyballDr Maxim Krivenkov z HZB

Nie można jednak powiedzieć, że fulereny C60 na złocie są sztucznym grafenem – to zbyt daleko idące uogólnienie.

Te krzywe pomiarowe jedynie naśladują stożki Diraca – są artefaktem, ugięciem fotoelektronów, gdy opuszczają złoto i przechodzą przez warstwę C60. Dlatego warstwa buckyball na złocie nie może być uznana za sztuczny grafen.Dr Andrei Varykhalov

Szczegóły badań można przeczytać w czasopiśmie Nanoscale.