Исследователи из Института физики в Загребе (Хорватия) в сотрудничестве с международными партнёрами продемонстрировали новые методы визуализации изменений на атомном уровне в современных материалах.
Как обнаружить изменения в материале толщиной в один атом?
Это задача, которую поставила перед собой группа учёных из Института физики в Загребе (Хорватия). И, как ни странно, им удалось решить её с помощью передовой атомно-силовой микроскопии (АСМ).
Их исследование, [опубликованное](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.5c00322) в The Journal of Physical Chemistry Letters, показывает, как методы на основе АСМ можно использовать для визуализации интеркаляции — процесса вставки атомов между слоями — в ультратонких материалах, таких как графен и дисульфид молибдена (MoS₂). Это важное открытие для понимания того, как адаптировать свойства двумерных материалов для использования в гибкой электронике, квантовых технологиях и не только.
«Мы показали, что для обнаружения явлений на атомном уровне не нужны методы с атомным разрешением, — сказала доктор Ива Шрут Ракич, руководитель проекта. — При правильном подходе даже такие инструменты, как АСМ, могут точно сказать, где и как меняется материал».
Интеркаляция — мощный способ управления электронными, оптическими и механическими свойствами материала.
Но до сих пор её обнаружение основывалось на сложных и дорогостоящих методах, таких как сканирующая туннельная микроскопия или фотоэмиссия, которые ограничены по масштабам, объёму и практичности.
В подходе команды используется АСМ в нескольких продвинутых режимах, включая Кельвин-зондовую силовую микроскопию и фотоиндуцированную силовую микроскопию. Эти методы измеряют изменения поверхностного потенциала, жёсткости, адгезии и даже оптического отклика, чтобы определить, где атомы серы интеркалированы под слоями MoS₂ и графена.
Эти тонкие изменения, невидимые невооружённым глазом и едва обнаруживаемые традиционной топографией АСМ, теперь можно чётко отобразить. Более того, это было сделано на образцах, подвергшихся воздействию воздуха, а не в условиях сверхвысокого вакуума.
«Это делает наш метод гораздо более доступным и универсальным, — сказала Кармен Капустич, соавтор статьи. — Его можно использовать для реальных материалов, а не только для идеальных образцов, выращенных в лаборатории».
По мере роста глобального спроса на наноматериалы нового поколения, которые тоньше, легче и энергоэффективнее, становится важным умение контролировать их поведение на атомном уровне. Интеркаляция — один из наиболее перспективных способов сделать это, но только если мы сможем надёжно её обнаруживать и понимать.
Это исследование показывает, что для получения информации на атомном уровне не нужны узкоспециализированные инструменты. При тщательных измерениях и грамотном анализе даже такие широкомасштабные методы, как АСМ, могут выявить скрытые процессы в двумерных материалах.
«Мы приносим понимание на атомном уровне в мир реальных образцов, — сказал Косме Г. Аяни, соавтор. — Вот что делает это действительно захватывающим».
Предоставлено [Институтом физики Загреба](https://ifs.hr/).