Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Elektronová struktura grafenu je úzce spjata s jeho mechanickou deformací a interakcí s okolím (např. substrátem), a je tedy výrazně ovlivněna topografií monovrstvy. V naší práci jsme navrhli originální přístup pro cílenou modifikaci topografie grafenu, který využívá tvarování grafenu na substrátu dekorovaného monodisperzními magnetickými nanočásticemi [1,2]. Pomocí pokročilé analýzy dat mikroskopie atomárních sil (AFM) bylo demonstrováno, že poměrné zvrásnění monovrstvy grafenu roste lineárně s hustotou nanočástic na substrátu. Dále jsme pozorovali, že zvrásněný grafen vykazuje v Ramanských spektrech typický 'otisk prstu', který lze využít ke kvantifikaci zvrásnění. Dále bylo pozorováno, že pro specifické geometrie nanočástic pod grafenem lze generovat napětí o trojčetné symetrii, které je nutnou podmínkou vzniku gigantických magnetických pseudopolí. Výsledky jsou tedy zásadní v mnoha oblastech výzkumu grafenu a příbuzných materiálů, kde je zásadní dosáhnout kontroly topografie s nanometrovým rozlišením, např. pro cílenou chemickou funkcionalizaci, lokalizaci plasmonů, simulaci chování Diracových fermionů v extrémních režimech a vývoj citlivých senzorů plynů či biomolekul.

Obr.1.: Vlevo: Topografie substrátu dekorovaného nanočásticemi a monovrstvy grafenu transferované na substrát; zobrazeno mikroskopií atomárních sil (AFM) a skenovací elektronovou mikroskopií (SEM). Vpravo: Obecná korelace mezi zvrásněnou frakcí grafenu (A_w) a relativní intenzitou stěžejního Ramansky aktivího módu grafenu příslušejícího zvrásněné vrstvě. V detailu je znázorněn rozklad spektra G módu na zvrásněnou (G2) a hladkou (G1) frakci.

Reference:
[1] J. Vejpravova, B. Pacakova, J. Endres, A. Mantlikova, T. Verhagen, V. Vales, O. Frank, M. Kalbac Graphene wrinkling induced by monodisperse nanoparticles: facile control and quantification, Sci. Rep. 5 (2015) 15061.
[2] B. Pacakova, J. Vejpravova, A. Repko, A. Mantlikova, M.Kalbac, Formation of wrinkles on graphene induced by nanoparticles: Atomic force microscopy study, Carbon 95 (2015) 537.

Řešitelský tým: J.Vejpravová, B.Pacáková, T. Verhagen, A.Mantlíková