(Nanowerk Haberleri) Nanomalzemenin yüzeyinde karbon atomlarının göçü grafen yakın zamanda ilk kez ölçüldü. Her ne kadar atomlar elektron mikroskobuyla doğrudan gözlemlenemeyecek kadar hızlı hareket etseler de, malzemenin stabilitesi üzerindeki etkileri artık malzeme mikroskobik bir sıcak plaka üzerinde ısıtılırken dolaylı olarak belirlenebiliyor. Viyana Üniversitesi Fizik Fakültesi'ndeki araştırmacıların çalışması dergide yayımlandı Karbon (“Grafen üzerindeki karbon adamatom göç bariyerinin dolaylı ölçümü”). Grafenin yüzeyinde yüksek sıcaklıkta bir boşluğa doğru göç eden bir karbon atomu (turuncu renkle vurgulanmış), aynı konuma yaklaşan bir tarama elektron ışınına (yeşil-sarı parıltı) karşı yarışıyor. (Konsept: Toma Susi / Üni. Viyana, Grafik tasarım: Ella Maru Studio) Karbon, bilinen tüm yaşam için gerekli olan bir elementtir ve doğada öncelikle grafit veya elmas olarak bulunur. Geçtiğimiz yıllarda malzeme bilimcileri, fullerenler, karbon nanotüpler ve grafen dahil olmak üzere birçok yeni karbon formu yarattılar. Özellikle grafen, yalnızca üstün özellikleri nedeniyle değil, aynı zamanda deneyler ve modelleme için özellikle uygun olması nedeniyle yoğun araştırma konusu olmuştur. Ancak karbon atomlarının yüzeyindeki hareketi de dahil olmak üzere bazı temel süreçleri ölçmek mümkün olmadı. Bu rastgele göç, difüzyon olgusunun atomik kökenidir. Difüzyon (Latince diffundere'den: "yayılmak", "dağılmak") gazlar, sıvılar veya katılardaki atom veya molekül gibi parçacıkların doğal hareketini ifade eder. Bu olay atmosferde ve okyanuslarda oksijen ve tuzun eşit dağılımını sağlar. Teknik endüstrilerde çelik üretimi, lityum iyon piller ve yakıt hücreleri için sadece birkaç örnek vermek gerekirse merkezi öneme sahiptir. Malzeme biliminde katıların yüzeyindeki difüzyon, belirli katalitik reaksiyonların nasıl ilerlediğini ve grafen dahil birçok kristal malzemenin nasıl büyüdüğünü açıklar. Yüzey difüzyon hızları genellikle sıcaklığa bağlıdır: ne kadar sıcaksa atomlar o kadar hızlı göç eder. Prensip olarak, bu hızı farklı sıcaklıklarda ölçerek, atomların yüzeydeki bir bölgeden diğerine geçişlerinin ne kadar kolay olduğunu açıklayan enerji bariyerini belirleyebiliriz. Ancak, yeterince uzun süre sabit kalmazlarsa, doğrudan görüntülemeyle bu mümkün olmaz; grafen üzerindeki karbon atomları için de durum aynıdır. Dolayısıyla şimdiye kadar anlayışımız bilgisayar simülasyonlarına dayanıyordu. Yeni çalışma, malzemeyi elektron mikroskobu içindeki mikroskobik bir sıcak plaka üzerinde ısıtırken etkilerini dolaylı olarak ölçerek bu zorluğun üstesinden geliyor. Araştırmacılar, ara sıra atomları dışarı atarken grafenin atomik yapısını elektronlarla görselleştirerek, yüksek sıcaklıklarda ortaya çıkan deliklerin doldurulmasını açıklamak için yüzeydeki karbon atomlarının ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini belirleyebildiler. Elektron mikroskobu, bilgisayar simülasyonları ve görüntüleme sürecinin difüzyonla etkileşiminin anlaşılmasını birleştirerek, enerji bariyerine ilişkin bir tahmin ölçülebilir. Baş yazar Andreas Postl, "Dikkatli bir analizin ardından değeri 0.33 elektronvolt olarak belirledik, bu da beklenenden biraz daha düşük" diyor. Ekibin asıl amacı bu ışınlama hasarının sıcaklığa bağımlılığını ölçmek olduğundan, çalışma aynı zamanda araştırmadaki tesadüflerin bir örneğidir.