研究人员开发出在原子尺度上处理表面的技术

没有人能用射穿香蕉，以至于皮肤被穿孔，但香蕉却完好无损。然而，在单个原子层的层面上，维也纳工业大学(维也纳)的研究人员现在已经取得了这样的成就——他们开发了一种纳米结构方法，可以非常精确地对某些材料层进行穿孔，而其他材料层则完全保持不变，即使射弹穿透所有层。这在高电荷离子的帮助下成为可能。它们可用于选择性处理新型二维材料系统的表面，例如，将某些金属固定在其上，然后将其用作催化剂。新方法现已发表在ACS Nano杂志上。

来自超薄层的新材料

由多个超薄层组成的材料被视为材料研究的一个令人兴奋的新领域。高性能材料的石墨烯，其仅由单个的层的碳原子，在许多新的薄膜材料被用于与有希望的新的属性。

“我们研究了石墨烯和二硫化钼的组合。两层材料接触，然后通过微弱的范德华力相互粘附，”TU WIen 应用物理研究所的 Janine Schwestka 博士说，首先当前出版物的作者。“石墨烯是一种非常好的导体，二硫化钼是一种半导体，这种组合对于生产新型数据存储设备可能很有趣。”

然而，对于某些应用，材料的几何形状需要在纳米级进行特殊处理——例如，为了通过添加额外类型的原子来改变化学性质或控制表面的光学性质。“对此有不同的方法，”Janine Schwestka 解释说。“你可以用电子束或传统的离子束修改表面。然而，使用两层系统，总是存在问题，即光束同时影响两层，即使假设只有其中一层进行修改。

两种能量。

当使用离子束处理表面时，影响材料的通常是离子的冲击力。然而，在 TU Wien，使用相对较慢的离子，这些离子是多电荷的。“这里必须区分两种不同形式的能量，”理查德威廉教授解释说。“一方面，动能取决于离子撞击表面的速度。另一方面，势能取决于离子的电荷。与常规离子束，动能起决定性作用，但对我们来说，势能尤为重要。”

这两种形式的能量有一个重要的区别：当穿透层系统时，两个材料层都释放动能，而势能在层间分布非常不均匀：“二硫化钼对高度带电离子，”理查德威廉说。“到达这一层的单个离子可以从该层中去除数十或数百个原子。剩下的是一个洞，在电子显微镜下可以非常清楚地看到。” 石墨烯层，在另一方面，弹丸击中随即，仍保持不变：大多数潜在的能量已被释放。

同样的实验也可以颠倒过来，这样高电荷离子首先撞击石墨烯，然后才撞击二硫化钼层。在这种情况下，两层都保持完整：石墨烯为离子提供必要的电子，以在极短的时间内将其电中和。石墨烯中电子的迁移率如此之高，以至于撞击点也会立即“冷却”。离子穿过石墨烯层而不会留下永久痕迹。之后，它不能再对二硫化钼层造成太大的损害。

“这为我们现在提供了一种以有针对性的方式操纵表面的绝妙新方法，”Richard Wilhelm 说。“我们可以在不损坏下面的基材材料的情况下在表面添加纳米孔。这使我们能够创建以前不可能的几何结构。” 以这种方式，可以根据需要从二硫化钼精确穿孔制造“掩模”，然后在其上沉积某些金属原子。这为控制表面的化学、电子和光学特性开辟了全新的可能性。

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