原子間力顕微鏡

グラフェンと2D材料

ブルカーAFMが高度な特性測定やその他の2次元材料の測定を可能に

個々のグラフェンフレークを原子レベルまでナノスケールで詳細に調べることができる原子間力顕微鏡（AFM）は、ガイムとノボセロフがノーベル賞を受賞して発見して以来、グラフェン研究の一部となっています。初期のTappingMode画像は、Bruker MultiMode® AFMを用いて光学的調査によってピンポイントで取得され、それまではアクセスできないと考えられていた単一のグラフェン層を明確に特定しました。

この発見から数年の間に、グラフェンの研究活動は爆発的に拡大し、ブルカーAFMを使用した100以上の学術論文が発表されています。これらの研究には、グラフェンや酸化グラフェンの製造に関する研究が含まれており、安定した製品純度と既知の低欠陥密度が、特にスケーラブルなグラフェン製造のための重要な課題となっています。また、フレキシブルディスプレイや高速電子機器、アクチュエータ、バイオセンサー、複合材料など、グラフェンに期待される幅広い用途にも対応しています。また、大手グラフェン研究センターのほぼすべての研究者が、Dimension XR、Dimension FastScan®、Dimension Icon® システムを使用して、グラフェンやその他の2次元材料の研究を推進しています。

グラフェン・ノーベル賞受賞者によるNbSe2(a)とグラフェン(b)のタッピングモード画像は、ブルカーマルチモードを使用しています。これらの2D材料の存在、層、および吸層基質距離を明らかにする。K.S.ノボセロフ、D.ジアン、F.シェディン、T.J.ブース、V.V.ホトケビッチ、S.V.モロゾフ、A.K.ガイムから、米国科学アカデミー紀要102、10451(2005)。著作権 (2005) 米国科学アカデミー

高度なプロパティ測定

先進的な物性測定は、グラフェン研究におけるAFMのエキサイティングな発見において重要な役割を果たしています。この研究には、Chu et al.（J. Procedia Eng 36, 571 (2012)）がグラフェンのレイヤリングを解明するために使用したように、Bruker独自のPeakForce QNM®を用いた定量的な機械的特性マッピングや、Lazar et al.（J. ACS Nano ASAP 2013）が電気デバイスアプリケーションにおける電極結合を制御するグラフェン金属の相互作用を定量化するために使用したようなものが含まれています。その他の例としては、複合材料のナノスケールの導電性研究（Bhaskar et al. J. Power Sources 216, 169, 2012）や機能化グラフェン（Feltenet al.、Small 9 (4), 631, 2013）、最適化された酸化グラフェン – 有機ハイブリッドFETデバイスにおける電荷パーコレーション経路を明らかにするKPFM研究（Liscio et al. 、J. Materials Chem 21, 2924, 2011）などが挙げられる。

六角ホウ素窒化物上のグラフェンのPeakForce QNM係数画像は、高度に局在化した歪み緩和とのアライメント時に相応の格子への移行を明らかにする。

未来の研究を進める能力

最新のブルカーの技術は、今後の更なる発展を約束します。PeakForce KPFM™ は、ハイブリッドデバイスの調査をより高い空間分解能、より定量的な測定、機械的特性の同時マッピングで明らかになる局所的な材料の変化との相関関係にまで拡張することができます。将来の導電率の研究では、最も機械的に壊れやすいサンプルに対して最高の空間分解能を提供する PeakForce TUNA™ の能力を活用することができるかもしれません。2D 材料であるグラフェンの欠陥の研究は、PeakForce QNM のさらなる研究によってさらに充実したものになるかもしれません。