Řízení topografie a elektronové struktury grafenu s využitím monodisperzních nanočástic

V reálných vzorcích grafenu je elektronová struktura závislá na lokální mechanické deformaci a interakci s okolím (např. substrátem), je tedy přímo definována topografií monovrstvy. V naší práci jsme navrhli originální přístup pro cílenou modifikaci topografie grafenu, který využívá tvarování grafenu na substrátu, který je dekorován monodisperzními magnetickými nanočásticemi. Pomocí pokročilé analýzy dat mikroskopie atomárních sil (AFM) jsme demonstrovali, že poměrné zvrásnění monovrstvy grafenu roste lineárně s hustotou nanočástic na substrátu a že zvrásněný grafen vykazuje v Ramanských spektrech typický "otisk prstu", který lze využít ke kvantifikaci zvrásnění. Dále jsme pozorovali, že pro specifické geometrie nanočástic pod grafenem lze generovat napětí o trojčetné symetrii, které je nutnou podmínkou vzniku gigantických magnetických pseudopolí v řádu stovek Tesla. Výsledky jsou tedy zásadní v mnoha oblastech výzkumu grafenu a příbuzných nízkodimenzionálních systémů, např. pro cílenou chemickou funkcionalizaci, lokalizaci plasmonů, simulaci chování Diracových fermionů v extrémních režimech a vývoj extrémně citlivých senzorů plynů či biomolekul.

Nahoře: Topografie substrátu dekorovaného nanočásticemi (NPs) a monovrstvy grafenu transferované na substrát SiO₂/ Si; zobrazeno mikroskopií atomárních sil (AFM) a skenovací elektronovou mikroskopií (SEM). Vlevo dole: detail topografie monovrstvy grafenu transferované na substrát dekorovaný nanočásticemi, zobrazeno AFM a příslušný Fourierovský obraz, který znázorňuje preferenční orientaci vrásek. Vpravo dole: Obecná korelace mezi zvrásněnou frakcí grafenu (A_w) a relativní intenzitou stěžejního Ramansky aktivního módu grafenu příslušejícího zvrásněné vrstvě. V detailu je znázorněn rozklad spektra G módu na zvrásněnou (G2) a hladkou (G1) frakci.

¹Institute of Physics AS CR, v.v.i., Department of Magnetic Nanosystems, Na Slovance 2, 18221 Prague 2, Czech Republic
²Charles Univeristy in Prague, Faculty of Mathematics and Physics, Department of Condensed Matter Physics, Ke Karlovu 5, 12116 Prague 2, Czech Republic
³JH Institute of Physical Chemistry AS CR,v.v.i., Dolejskova 3, 18200 Prague 8, Czech Republic