Vypadá jako dokonalá plástev, ale současně patří mezi nejpevnější materiály na světě. Grafen, jedna z nejnověji popsaných forem uhlíku, je sice označován za materiál budoucnosti (například pro čipy, biosenzory, solární články nebo aktivní membrány), v přírodě se však běžně nevyskytuje a vyrobit jej v požadovaném množství a kvalitě zůstává stále problémem. Realita světové produkce tak prozatím zaostává za teoretickým příslibem a potřebami průmyslu. Definovat co nejpřesněji vlastnosti grafenu pomáhá nyní zajímavá metoda, kterou používají vědci ze skupiny zabývající se přípravou a charakterizací nanostruktur vedené prof. RNDr. Tomášem Šikolou, CSc., na CEITEC VUT v Brně. Jejich poznatky byly publikovány v časopise ACS Langmuir. O prestiži článku svědčí také to, že byl American Chemistry Society (ACS) vybrán jako tzv. Editor‘s Choice, tedy výběr redakce, a je tak určen pro svoji závažnost k volnému šíření. A zatímco tohoto vědeckého úspěchu dosáhli brněnští vědci s pomocí zařízení, které si sami sestrojili ve spolupráci s partnery ze zahraničí, nově již budou ve své práci pokračovat na unikátním spektrometru Qtac100, instalovaném nyní ve sdílených laboratořích CEITEC VUT v Brně. Význam povrchu „V oblasti nanotechnologií nabývá pojem ,povrch‘ extrémní důležitosti. Polovodičové technologie a nanotechnologie často umožňují úspěšně připravit povrchy, u kterých však přesně nevíme, jak skutečně vypadají. Příkladem mohou být některá zakončení křemíkových krystalů. Podobně je tomu s grafenem a jeho realizací. Díky metodě rozptylu nízkoenergetických iontů (LEIS – Low Energy Ion Scattering) jsme dokázali najít cestu, jak analyzovat grafen, který je výjimečný tím, že je složen pouze z jedné vrstvy atomů, jak sledovat homogenitu jeho vrstvy a případnou kontaminaci,“ vysvětluje vedoucí autor článku doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. Základ použité metody prvkové analýzy přitom není nikterak nový. Využívá stejné fyzikální principy jako známé experimenty Ernesta Rutherforda vedoucí k objevu atomového jádra. „Stejné zákony řídí i rozptyl kulečníkových koulí. Srážky projektilů s atomy zkoumaného vzorku jsou tak rychlé a intenzivní, že vazby se sousedními atomy nejsou schopny na kolizi včas zareagovat. Nadto vzájemná vzdálenost jader obou částí je při kolizi tak malá, že vliv elektronových obalů v prvním přiblížení zanedbat lze. Zatímco Rutherford musel používat radioaktivní zářiče, my máme iontové dělo, kde si částice (projektily) připravíme přesně takové, jaké je chceme a potřebujeme,“ přibližuje Průša podstatu analýzy, jejímž výsledkem je znalost prvkového složení vzorku. Detailní analýza nanosystémů Metoda LEIS mezi ostatními vyniká extrémní povrchovou citlivostí. Díky ní lze bez poškození analyzovat jen nejsvrchnější vrstvu vzorku, a proto je velmi perspektivní. Získat vrstvu grafenu je velmi obtížné, odebráním z grafitu totiž vznikají velmi omezené plochy. Synteticky vytvořený grafen na měděné folii nebo niklu je zase zatím z technologického hlediska takřka nemožné oddělit bez vzniku defektů a kontaminace. „Naše práce je proto vůbec první publikací výzkumu, kde se podařilo u grafenu odděleně analyzovat jeho kontaminaci na vrchní straně a kontaminaci přiléhající na stranu, kterou je grafen v kontaktu s podložním substrátem. To je v našem případě křemíkový krystal s vrstvou přírodního oxidu. Nadto je uhlík v grafenu metodou LEIS jednoznačně odlišen od uhlíku ve všudypřítomných organických a dalších kontaminacích, a to na základě měření energetické závislosti míry neutralizace,“ doplnil Stanislav Průša. Spektrometr Qtac 100 využijí vědci CEITEC VUT při další optimalizaci technologie růstu CVD grafenu a v dalších aplikacích, vyžadujících analýzu citlivou pouze na jednu, tu nejsvrchnější atomovou vrstvu zkoumaného systému. Zařízení, jehož výrobcem je německá firma Ion-Tof z Münsteru, je teprve devátým svého druhu na světě. Jako vůbec první je však součástí komplexní aparatury pro depozici a analýzu nanosystémů. „Umožní nám to bez prodlení zjistit, zda krok, který jsme v syntéze nanosystému právě udělali, byl skutečně správný, anebo kde jsme udělali chybu,“ podotkl Stanislav Průša. Komplexní aparatura včetně spektrometru Qtac 100 bude instalována ve sdílených laboratořích CEITEC na Vysokém učení technickém v Brně, kde zařízení budou moci využívat kromě výzkumníků z VUT také vědci z Masarykovy univerzity a dalších vysokých škol i komerční subjekty. /pj/