Η νέα τεχνική μετράει με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο τα 2D υλικά επεκτείνονται όταν θερμαίνονται

Μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) και το Πανεπιστήμιο του Maryland, το College Park έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνική για να μετρήσουν με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο επεκτείνονται τα δισδιάστατα (2D) υλικά όταν θερμαίνονται. Αυτή η νέα τεχνική, που ονομάζεται "θερμοελαστική φασματοσκοπία Nano-Raman", χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό φασματοσκοπίας Raman και θέρμανσης με λέιζερ για να μετρήσει τον συντελεστή θερμικής επέκτασης των 2D υλικών με υψηλή ακρίβεια.

Η ακριβής μέτρηση του συντελεστή θερμικής διαστολής είναι απαραίτητη για την κατανόηση των μηχανικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων των 2D υλικών και για το σχεδιασμό συσκευών με βάση αυτά τα υλικά. Τα 2D υλικά, τα οποία είναι μόνο μερικά άτομα πάχους, έχουν προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, όπως η υψηλή αντοχή, η ευελιξία και η ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ωστόσο, η θερμική επέκταση των 2D υλικών είναι προκλητική για τη μέτρηση λόγω του μικρού μεγέθους και της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας.

Η νέα τεχνική φασματοσκοπίας θερμοελαστικής φασματοσκοπίας νανο-Raman αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις χρησιμοποιώντας μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ για να θερμαίνει μια μικρή περιοχή του 2D υλικού και τη μέτρηση της προκύπτουσας μετατόπισης στο φάσμα Raman. Η μετατόπιση του φάσματος Raman σχετίζεται άμεσα με τη θερμική επέκταση του υλικού. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ακριβή μέτρηση του συντελεστή θερμικής διαστολής των 2D υλικών με υψηλή ακρίβεια, ακόμη και για υλικά που έχουν μόνο λίγα νανόμετρα πάχους.

Οι ερευνητές κατέδειξαν τη νέα τεχνική μετρώντας τον συντελεστή θερμικής διαστολής του γραφένιου ενός στρώματος, το οποίο είναι υλικό 2D με βάση τον άνθρακα. Ο μετρούμενος συντελεστής θερμικής διαστολής του γραφένιου είναι σε άριστη συμφωνία με τις θεωρητικές προβλέψεις και τα προηγούμενα πειραματικά αποτελέσματα. Αυτό καταδεικνύει την ακρίβεια και την αξιοπιστία της νέας τεχνικής.

Η τεχνική φασματοσκοπίας θερμοελαστικής φασματοσκοπίας νανο-Raman έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα 2D υλικών, συμπεριλαμβανομένων των διχαλκογονιδίων μετάλλων μετάλλων, του εξαγωνικού νιτριδίου βορίου και του φωσφορείου. Αυτή η τεχνική θα επιτρέψει στους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τις θερμικές ιδιότητες των 2D υλικών και συσκευών σχεδιασμού που χρησιμοποιούν αυτές τις ιδιότητες.