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石墨烯研究的福音:微波共振技术无损表征石墨烯性质


封装在氮化硼(蓝色)中的石墨烯层(黑色蜂窝结构)放置在超导体(灰色)上并与微波谐振器耦合。通过比较微波信号(RF),可以确定封装的石墨烯的电阻和量子电容。(见上图)


科学家已经开发了一种表征石墨烯性质的新方法,该方法在破坏石墨烯本身的情况下,就可以研究石墨烯和其他二维材料的电阻和量子电容。来自瑞士纳米科学研究所和瑞士巴塞尔大学物理系的瑞士研究人员在《物理评论应用》杂志的一篇文章中发表了他们的研究成果。


石墨烯由单层碳原子组成,其是一种透明材料,并且硬度高于金刚石,比强度比钢大,还具有较好的柔韧性,导电性也比铜好。自从在2004年首次剥离出石墨烯以来,世界各地的科学家一直在研究其性质并研究其可能的应用。也存在具有类似有前途的性质和应用的其他二维材料。然而,对它们的电子结构的研究几乎没有。


电接触法是一种通常用于表征石墨烯和其他二维材料的电子性质的方法,但该方法会显著改变这些材料性质。瑞士纳米科学研究所和巴塞尔物理系大学的Christian Schonenberger博士团队现已开发出一种新的研究这些材料属性的方法,这种方法无需和材料接触,不会破坏材料性质。


为了做到这一点,科学家将石墨烯嵌入氮化硼中,将其放置在超导体上,并将其与微波谐振器耦合。石墨烯的电阻和量子电容都会影响谐振器的质量因子和谐振频率。尽管这些信号非常弱,但是它们可以通过使用超导谐振器来捕获。


通过比较具有和不具有封装的石墨烯的谐振器的微波特性,科学家们可以确定封装的石墨烯的电阻和量子电容。


chonenberger集团博士生Simon Zihlmann解释说:“这些参数在确定石墨烯的精确性质和确定其应用的限制因素方面有很重要的意义。”


在该方法开发过程中,封装在氮化硼里的石墨烯是原型材料。与其他材料相结合的石墨烯可以以相同的方式进行研究。此外,其他二维材料也可以在不适用电接触法的情况下被表征;例如表征在太阳能电池和光学应用中的半导体二硫化钼。


原文来自:materialstoday,由材料科技在线团队翻译整理。

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