Американские исследователи обнаружили в легированном листе графена отдельные атомы кремния при помощи сочетания спектроскопических методик и электронной микроскопии.
Атомы кремния , связанные с четырьмя атомами углерода, находятся в состоянии sp2d — гибридизации, а вот для трехкоординираванного атома кремния характерна sp3 — гибридизация. Результаты теоретического моделирование двумерных твердых систем, а так же данные эксперимента согласуются. Именно это может стать основой нового метода для изучения единичных загрязнений в графене.
Стефан Пенникук со своими коллегами объясняет, что данное экспериментальное изучение локальных структур, а также характеристик связи на атомном уровне, все это и есть существенное достижение в химии материалов. Изучая то, каким образом легирующие добавки и загрязнения может подсказать информацию о различных способах технологического применения а также модификации ряда полупроводниковых материалов. Для изучения данных систем использовались, и неоднократно, различные методы вместе с теорией функционала плотности. Но все же методы электронной микроскопии, которые используются до сегодняшнего дня, не позволяют исследователям определить валентное состояние для отдельных атомов в структуре твердых материалов, а так же тип связи. И не важно являются ли они загрязнениями или легирующими добавками.
Чтобы решить данную проблему исследователи соединили спектроскопию потери электрона атомного разрешения с методом микроскопического изображения при помощи темного кольцевого поля, которую применяли в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Изучив свойства самого распространенного типа загрязнений в графене, который был получен при помощи высокотемпературного осаждения паров, кремния, исследователи смогли продемонстрировать успешность этой комбинации. В оборудовании, которое применяется для высокотемпературного осаждения паров, есть компоненты в состав которых входит кремний. В результате этого в графене появляются кремниевые вкрапления. На свойства графена может влиять кремний. И все же в интеграции электроники из графена с полупроводниковыми системами на основе кремния, нужно выяснить как поведет себя данный элемент в двумерной матрице из атомов углерода. Результаты исследований позволяет определить как ведет себя кремний, и не только, в атомной кристаллической решетке гафена. Также данные исследования свидетельствуют о возможности использования новой комбинированной методики для изучения других двумерных материалов или отдельных молекул.