مشاهده اتم هاي هيدروژن به وسيله زيرلايه ي گرافني

[azarafrooz 14221]

گروهي از فيزيک‌دانان امريکايي ادعا مي‌کنند که با استفاده از يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) يک تک‌اتمِ هيدروژن را مشاهده کرده‌اند. اين براي نخستين بار است که با استفاده از يک TEM از چنين اتم سبکي تصويربرداري مي‌شود. اين گروه اتم‌ها را بر روي گرافن قرار داده، توانستند تا زنجيره‌هاي هيدروکربني‌اي که بر روي سطح گرافن حرکت مي‌کنند را مشاهده کنند؛ لذا پيش‌بيني مي‌شود که بتوان از اين روش در مطالعة ديناميکِ مولکول‌هاي زيستي استفاده كرد.

تاکنون از TEM در تصويربرداري از اتم‌هاي سنگين استفاده مي‌شده‌است. يکي از دلايل اين امر، قدرت کمِ اتم‌هاي سبک در شکست و بازتابشِ پرتو الکتروني TEM است که مانع از ايجاد تصوير به‌وسيلة آنها مي‌گردد. يکي ديگر از مشکلاتي که در تصويربرداري TEM از اتم‌هاي سبک وجود دارد، اين است که در يک TEM، نمونه‌اي بايد بر روي زيرلايه‌اي قرار گيرد که تحت اشعة الکتروني تخريب نگردد؛ البته بايد زيرلايه هم به اندازه‌اي نازک باشد که اکثر الکترون‌ها مستقيماً از خلال آن عبور کنند. عموماً از لايه‌هاي فلزي نازک يا ورق‌هاي نيمه‌رسانا به‌عنوان زيرلايه استفاده مي‌شود؛ اما اين مواد بسيار ضخيم‌تر از اتم‌هاي منفرد بوده، اتم‌هايي سنگين‌تر از کربن يا هيدروژن دارند. به همين دليل، پراکندگي از چنين زيرلايه‌اي موجب مي‌شود تا سيگنال‌هاي ضعيف اتم‌هاي سبک‌تر، قابل ‌تشخيص نباشند.

اخيراً جانيک مير، آلکس زتل و همکارانشان از دانشگاه کاليفرنيا راه ‌حلي براي اين مشکل يافته‌اند. آنها براي اين کار از گرافن(که نازک‌ترين و مقاوم‌ترين مادة شناخته‌شده است) به‌عنوان يک زيرلاية TEM استفاده کرده‌اند. آنها دريافتند که مي‌توان اتم‌هاي منفرد کربن و هيدروژني (و همچنين زنجيره‌هاي هيدروکربني‌اي) را که از آلودگي‌هاي سطحي گرافن محسوب مي‌شوند، با اين روش آشکار ساخت.

يکي از ويژگي‌هاي اصلي روش مذکور، اين است که اتم‌هاي کربنِ شبکة گرافن در تصوير TEM ديده نمي‌شوند؛ البته گفتني است كه با اين روش مي‌توان به‌وضوح، يک تک‌اتم کربن را بر روي سطح گرافن مشاهده كرد؛ به اين ترتيب، زيرلاية کربني زمينة يکنواخت و بدون‌ساختاري را براي تصوير TEM ايجاد مي‌كند.

همچنين، اين گروه توانستند حفره‌هاي ايجادكنندة پرتو الکتروني در زيرلاية گرافني را مشاهده کنند. آنها حتي در تصاوير ايجادشده مشاهده نمودند که يکي از اين حفر‌ه‌ها از طريق جذب اتم‌هاي کربنِ محيط به‌وسيلة گرافن، ترميم شده‌است. اين گروه، به کمک روش ابداعي خود، رفتار ديناميکي زنجيره‌هاي هيدروکربني‌اي که به گرافن متصل شده بودند را نيز مطالعه نمودند. اين مولکول‌ها با انرژي گرفتن از پرتو الکتروني، در حين حرکت بر روي سطح، به‌وسيلة محققان مشاهده شدند.

زتل اظهار داشت که آنها شديداً علاقه‌مندند تا از اين روش در توسعة نانوساختارهاي وظيفه‌دار استفاده كنند. به عقيدة وي با استفاده از اين روش مي‌توان پيوند شيميايي يا فرايندهاي ديناميکي مولکولي نانوساختارهاي مذکور را که وظايف اين مواد را تعيين مي‌کنند، بررسي کرد. وي گفت:«ما مطالعات خود را به شناخت خصوصيات مکانيکي و الکترونيکي گرافن نيز تعميم مي‌دهيم.» با اين حال گفته مي‌شود که اين روش به‌دليل نياز به کربن خالص در قالب زيرلاية گرافني و حساسيت به آلودگي، محدوديت‌هايي دارد.

نتايج اين تحقيق در نشرية Nature به چاپ رسيده‌است.