石墨烯和其他單原子厚物質(zhì)是一類奇觀材料，全世界的研究人員都在研究它們的電子特性，以用于太陽能電池，新型半導(dǎo)體，傳感器和儲能等技術(shù)中的潛在應(yīng)用。

將這些單層或二維材料設(shè)計成各種潛在用途的最大挑戰(zhàn)是需要原子級原子的完美性和均勻性，而要在如此小的規(guī)模下實(shí)現(xiàn)卻是艱巨而艱辛的工作，進(jìn)行評估。

美國能源部艾姆斯實(shí)驗室資深科學(xué)家，愛荷華州立大學(xué)物理學(xué)教授Michael C. Tringides說：“組裝這些材料時，我們試圖比大自然更聰明。”他研究了2-的獨(dú)特性質(zhì)。 D在石墨烯，石墨和其他碳涂層表面上生長的材料和金屬。“為此，我們正在強(qiáng)迫原子以通常不會的方式進(jìn)行組裝。該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一是可靠地生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯和類似材料。”

Tringides和Ames實(shí)驗室的其他科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了一種方法，可以作為一種簡單而可靠的方法來測試石墨烯和其他2D材料的質(zhì)量。它利用了表面電子衍射中非常寬廣的背景(稱為鐘形組件(BSC))的優(yōu)勢，該背景與均勻圖案化或“完美”的石墨烯緊密相關(guān)。

了解相關(guān)性對于在制造環(huán)境中對2D材料進(jìn)行可靠的質(zhì)量控制有影響。

“這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了常規(guī)知識，但是這種奇怪現(xiàn)象與高質(zhì)量石墨烯之間的相關(guān)性是顯而易見的。在實(shí)際應(yīng)用中，我們看到它擴(kuò)展到了與石墨烯相似的其他高趣味二維材料，它們具有相同的均勻性層”。

去年，艾姆斯實(shí)驗室的研究人員通過低能電子衍射(一種在物理學(xué)中通常用于研究固體材料表面的晶體結(jié)構(gòu)的技術(shù))發(fā)現(xiàn)，寬衍射圖樣可以可靠地證明二維材料的高質(zhì)量。這是高質(zhì)量石墨烯的一個特征，本質(zhì)上潛伏在背景中，并且已在出版的研究中被忽略了，因為它與衍射研究普遍接受的恰恰相反-應(yīng)該僅存在尖銳，明亮的衍射點(diǎn)。Tringides說，由于這一發(fā)現(xiàn)是違反直覺的，因此需要在不同的實(shí)驗條件下進(jìn)行進(jìn)一步的研究，并了解BSC的起源。

首先，科學(xué)家通過在一系列高溫下進(jìn)行退火或加熱來生長石墨烯，然后將BSC衍射的生長與其他通常公認(rèn)的尖銳衍射斑的生長指標(biāo)進(jìn)行比較。寬衍射背景的演變緊密反映了較銳利的斑點(diǎn)，這證明它們是相關(guān)的。其次，該小組然后進(jìn)行了實(shí)驗，在石墨烯的表面和下方沉積了金屬原子(在這種情況下為)。這種沉積過程稱為嵌入，是科學(xué)家可以為特定功能定制二維材料的一種方法。在第二個實(shí)驗中，科學(xué)家測量了插層過程中BSC的生長-當(dāng)金屬原子最初是無序的時候，BSC的生長很弱，然后隨著金屬原子卡入石墨烯和基底之間的位置而增加，從而形成均勻的層。因此，雖然BSC并不是教科書的衍射圖，但其起因是教科書的量子力學(xué)-當(dāng)電子被壓縮成單層時，它們的波矢量必須擴(kuò)散，從而產(chǎn)生了寬廣的衍射圖。