Síly a proudy v uhlíkových nanostrukturách: zobrazujeme skutečně atomy?

Díky svým speciálním materiálovým vlastnostem a předpokládaným aplikacím v nanotechnologiích se uhlíkové materiály stávají v poslední době předmětem intenzivního studia. Přestože dosažení atomárního rozlišení obrazu rastrovacího mikroskopu je poměrně rutinní záležitostí, přesné určení poloh jednotlivých atomů tvořících různé uhlíkové struktury je velmi obtížné. Ve spolupráci s kolegy ze Španělska jsme detailními teoretickými výpočty prokázali, že maximální kontrast v atomárně rozlišených obrazech uhlíkových materiálů nemusí odpovídat jednotlivým atomům. Naopak oblasti se zvýšeným signálem se mnohdy shodují s meziatomárními polohami. Teoretické simulace dále potvrdily, že původ atomárního kontrastu v případě mikroskopu atomárních sil není způsoben van der Waalsovou silou, jak se dosud předpokládalo, ale krátkodosahovou silou vyvolanou tvorbou chemické vazby mezi jednotlivými atomy studovaného materiálu a hrotem mikroskopu. Přesné určení polohy jednotlivých atomů má zásadní význam pro další studium vlastností těchto materiálů a fyzikálních a chemických procesů v nich.

a)–c) znázorňují schematicky možné typy atomárně rozlišených obrazů grafénu získané rastrovacím mikroskopem, d) jsou výsledky počítačových simulací kontrastu mikroskopického obrazu grafénu pro různé modely hrotů mikroskopu atomárních sil a různé vzdálenosti mezi hrotem a povrchem.

¹Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Cukrovarnická 10, 162 00, Prague, Czech Republic
²Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada, Universidad Autónoma de Madrid, E-28049 Madrid, Spain
³Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), E-28049 Madrid, Spain