(Nanowerk 新闻）石墨烯等二维材料有望成为超小、超快技术的基础，但这需要对其电子特性有详细的了解。新的研究表明，可以通过先用离子照射材料来探测快速电子过程。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和杜伊斯堡-埃森大学的研究人员合作发现，用离子或带电原子辐照石墨烯时，射出的电子会提供有关石墨烯电子行为的信息。此外，伊利诺伊小组首次进行了涉及高温石墨烯的计算，杜伊斯堡-埃森小组通过辐照实验验证了预测结果。
这项研究在《纳米快报》（Nano Letters）杂志上进行了报道（”Nonequilibrium Dynamics of Electron Emission from Cold and Hot Graphene under Proton Irradiation”）。
“伊利诺伊州小组负责人、材料科学与工程学教授安德烈-施莱夫（André Schleife）说：”对材料进行辐照并观察其性质变化以推断材料内部发生了什么变化是一项成熟的技术，但现在我们正朝着使用离子而不是激光来实现这一目的迈出第一步。他说：”与激光相比，离子的优势在于可以在材料中实现高度局部化的短时间激发。这样就能对石墨烯和其他二维材料如何随时间演变进行高精度研究。”
当离子与二维材料碰撞时，能量会传递到原子核和电子。其中一些电子获得了足够的能量，从材料中射出。这些所谓 “二次电子 “的特征取决于材料中电子的特性，如温度和能量分布。
“离子’撞击’和二次电子发射之间存在延迟，而这正是我们在模拟中追求的关键信息，”该研究的第一作者、施莱夫研究小组的研究生姚一帆说。”我们对绝对零度、无热能的石墨烯以及有热能、温度较高的石墨烯进行了模拟。实际上，我们是第一个这样模拟’热’石墨烯的人。”
伊利诺伊小组根据用氢离子–裸质子–照射石墨烯的情况进行了计算，并计算了次级电子随时间释放的情况及其产生的能谱。这些结果与杜伊斯堡-埃森研究小组使用氩离子和氙离子得出的结果非常吻合。
此外，这项计算研究还有助于深入了解二次电子发射的基本机制。高温石墨烯释放出更多的二次电子，对电荷分布的仔细研究表明，是材料晶格中的原子核而不是材料中的电子造成了这种现象。
施莱夫认为，这项技术的前景不仅限于精确的二维材料测量。”他说：”展望未来，离子辐照有可能被用来故意在材料中引入缺陷并操纵它们。”但在近期，我们已经证明，辐照可用作一种高精度测量技术。
资料来源作者：伊利诺伊大学 Grainger 工程学院 Michael O’Boyle（注：内容可能因风格和篇幅而有所编辑）
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00356
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