在石墨烯中可检测到的各个杂质原子

包括巴塞尔大学物理学家在内的一个团队成功地使用原子力显微镜来清楚地获得石墨烯带中各个杂质原子的图像。由于在石墨烯的二维碳晶格中测量的力，他们首次能够识别硼和氮，正如研究人员在“ 科学进展 ”杂志上报道的那样。

石墨烯由排列成六方晶格的二维碳原子层制成。碳原子之间的强键使石墨烯非常稳定而且具有柔韧性。它也是一种优良的电导体，电流几乎不会流失。

通过在称为“掺杂”的过程中掺入杂质原子，可以进一步扩展石墨烯的独特性质。杂质原子引起导电的局部变化，例如，允许石墨烯用作微型晶体管并且能够构建电路。

有针对性的注册

在巴塞尔大学和日本筑波国立材料科学研究所，日本金泽大学和关西学院大学以及芬兰阿尔托大学的科学家的合作中，研究人员专门创建并检查了含有杂质原子的石墨烯带。

他们使用表面化学，通过在金表面上放置合适的有机前体化合物，用硼和氮原子取代六方晶格中的特定碳原子。在高达400°C的高温下，在前驱体金表面形成微小的石墨烯带，包括特定位置的杂质原子。

测量原子的强度

来自瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的Ernst Meyer教授领导的研究小组的科学家们使用原子力显微镜(AFM)检查了这些石墨烯带。他们使用一氧化碳功能化尖端并测量尖端和单个原子之间作用的微小力。

该方法甚至可以检测力的最小差异。通过观察不同的力量，研究人员能够绘制和识别不同的原子。“测量氮原子的力大于碳原子的力量，”该研究的主要作者，Meyer团队前博士后的Shigeki Kawai博士解释道。“我们测量了硼原子的最小力。” 不同的力可以通过不同比例的排斥力来解释，这是由于不同的原子半径。

计算机模拟证实了这些读数，证明AFM技术非常适合对有前途的二维碳化合物中的杂质原子进行化学分析。