揭露石墨烯邊緣碳原子的真面目
- 上線日期：2011/2/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
奈米元件的電子性質與其只有數個原子大小的結構高度相關，於是觀測單一原子及其電子態便越顯得重要。最近日本科學家利用配備細微探針的電子顯微鏡，取得石墨烯中單一原子的電子能譜。與過去作法不同之處在於，此法可以在不破壞樣品的情況下探測不同材料中的局部電子結構。
僅有數個原子大小的電子元件性質與較大尺寸的元件可能大不相同，因此元件設計者必須要能在原子尺度下觀測元件。例如單原子厚的石墨烯擁有優異的電性及力學性質，非常適合製作新一代的奈米電子元件，然而石墨烯性質與其邊緣的原子排列狀態有著非常緊密的關聯。
儘管研究人員已使用穿透式及掃描穿隧式電子顯微鏡來研究石墨烯，但無法對邊緣結構進行原子級的研究。環狀暗視野造影(annular dark-field imaging)或電子能量損失能譜儀(electron energy loss spectroscopy)等技術雖可在原子尺度下分析材料，但對於碳之類較輕的原子卻不適用，原因是這些方法使用的高能入射線會對樣品造成破壞。
日本產業技術總合研究所(AIST)的Kazu Suenaga等人最近克服了上述難題，他們利用低電壓的電子顯微鏡量測石墨烯邊界單一原子的能量損失能譜，進而獲得邊界原子的電子及鍵結結構，甚至能夠區分該碳原子為單鍵、雙重或三重鍵結。
Suenaga表示，先前的觀測法需要對尺寸約0.1 nm的探針施加較高的加速電壓，結果還沒得到能譜樣品就先被破壞了。他們利用所謂的相差修正器(aberration correctors)開發新的電子光學(electron optics)，使得電壓可以低於60 kV，因而能對石墨烯原子進行非破壞性觀察。
這項技術讓該團隊能夠分辨石墨烯中哪些是參與反應的碳原子，亦可以偵測各別分子中活性最高的位置，因此有助於預測大型分子(如蛋白質)的反應。Suenaga表示，該團隊目前正利用該技術來研究光電元件中矽原子的電子結構。詳見近期的Nature 468, 1088 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44694
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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