박리된 텔루륨을 사용하여 단일 원자 사슬을 향하여

결과 및 토론

텔루륨은 길이가 최대 50μm인 이방성 선형 밴드에서 박리되었습니다(그림 2a). 이 밴드 중 일부의 원자력 현미경은 10–15nm 범위의 높이를 보여주며(그림 2c), 밴드의 길이를 따라 뻗어 있는 융기선이 있는 밴드의 길이 이미지와 높이 프로필 모두에서 볼 수 있습니다. 그림 2d와 같은 밴드. 변조된 표면 패턴과 와이어 폭의 변화는 테이프 또는 슬라이딩 기술을 사용하든 대부분 평평한 표면으로 박리되는 그래핀과 같은 2D 적층 재료와 달리 원자 사슬이 측면 및 수직으로 벌크 결정에서 무작위로 분리된다는 증거입니다. 이 슬라이딩 기술을 사용하여 1~2nm 두께의 와이어를 얻을 수 있었습니다.

예를 들어, 두 번째 샘플의 원자력 이미지는 박리된 물질의 유사한 이방성 구조(그림 3a)와 높이가 서브나노미터 범위(그림 3b-d) 또는 적어도 상응하는 훨씬 좁은 Te 나노와이어를 나타냅니다. 3.4Å의 체인 간 거리에 대해 2~4개의 체인으로 확장할 수 있습니다[23]. 이러한 초박형 Te 나노와이어의 길이는 100~200nm입니다(그림 3a). c를 따라 찍은 높이 프로필 -축 방향(그림 3b의 녹색 선, 그림 3d의 녹색 곡선)은 이 2-3nm 높이의 나노와이어의 상단을 따른 표면 거칠기가 SiO_{2<의 표면 거칠기와 비슷하거나 작음을 나타냅니다. /서브> 기질.}

아 두 번째 박리된 Te 샘플의 광학 현미경 사진. 빨간색 원 라만 분광법에 사용되는 영역을 나타냅니다. ㄴ AFM 높이 및 (c ) 검은색 사각형으로 표시된 영역의 탭핑 모드 진폭 이미지 (a에서 ). d 빨간색의 높이 프로필 , 주황색 , 및 녹색 선 (b에서 ), c-에 수직 빨간색의 축 방향 및 주황색 , 녹색과 평행 . 주황색 및 녹색 프로파일은 명확성을 위해 수직으로 오프셋됩니다.

주변 환경에서의 안정성은 벌크 재료에서 무시할 수 있는 표면 반응이 초박형 박리 재료의 특성을 지배할 수 있기 때문에 새로 박리된 재료에 대한 우려 사항입니다. 공기 중에서 3주 동안 보관한 후 그림 2a의 동일한 Te 샘플의 광학 이미지가 그림 2b에 나와 있습니다. 카메라 설정으로 인한 색상 대비의 차이를 제외하고, 오래된 샘플은 갓 각질을 제거했을 때와 거의 동일하게 나타납니다. 특히, 우리는 2D 흑린이 공기 중에서 분해될 때 발생하는 물집이 전혀 없음을 주목합니다[38]. 이 관찰은 물과 같은 다양한 용매에서 Te 나노와이어가 분해되는 시간이 무한정이 아니라 몇 시간에서 며칠까지 상당히 길다는 관찰과 일치합니다[39].

우리는 라만 분광법으로 박리된 Te를 추가로 특성화합니다. 실온에서 벌크 Te의 라만 스펙트럼은 두 가지 모드 세트에 의해 지배됩니다. A₁ 120cm의 단일항 ⁻¹ 가로(세로) 포논의 경우 92(104)와 141(141)에 한 쌍의 E 이중선이 있습니다[40]. A₁ 삼각형 Te의 E 모드는 Te 체인의 삼각형 단면의 대칭 및 비대칭 호흡 모드로 시각화될 수 있습니다[41]. 이 스펙트럼은 입사광의 편광 방향으로 인해 더 낮은 E 모드가 없는 633nm의 여기 파장에 대해 그림 4a에 재현되어 있습니다[42]. 피크 위치는 Ref. [40] 1cm ⁻¹ 이상 . 633nm에서 여기는 벌크 Te의 유전 기능과 공명에 가깝습니다. 532nm에서 공진 외 여기는 라만 산란 강도가 훨씬 더 낮습니다[43].

아 벌크 Te 결정의 라만 산란 스펙트럼(파란색 ) 및 박리 플레이크(빨간색 ), 동일한 여기 조건(633nm, c에 평행한 편광) -중심선). 스펙트럼은 지배적인 A1 피크의 높이로 정규화됩니다. 적합(검은색 곡선 )는 두 개의 로렌츠식의 합입니다. ㄴ (a의 스펙트럼 범위에서 평균화된 라만 강도의 극좌표 플롯 ) c에 대한 선형 여기 편광 각도의 함수 -축(플롯 원점은 강도가 0임). 피팅은 사인 함수에 상수를 더한 것입니다. 검은색 화살표 c를 나타냅니다. -축 방향(텍스트 참조)

약 30nm 두께의 Te 플레이크(그림 3a의 빨간색 원)의 라만 스펙트럼은 약간 더 높은 주파수로 이동한 동일한 두 피크를 보여줍니다(그림 4a). 520.9cm ⁻¹ 에서 측정된 실리콘 기판의 라만 피크 (표시되지 않음)은 분광기가 1cm ⁻¹ 이상으로 보정되었음을 나타냅니다. . 또한 박리 후 몇 주 후에 공기 중에서 측정한 그림 4a의 박리된 Te 스펙트럼은 비정질[44] 또는 산화된 Te[45]의 라만 스펙트럼과 일치하지 않으며 이는 환경 안정성도 확립합니다. 초박형 박리된 Te. 벌크 및 박리된 Te 모두에 대한 라만 피크의 약간의 비대칭에도 불구하고 한 쌍의 Lorentzian은 스펙트럼에 상당히 잘 맞습니다(그림 4a의 검은색 곡선). 맞춤에서 추출된 피크 매개변수는 4cm ⁻¹ 의 벌크 결정에 비해 박리된 플레이크의 경화 모드를 나타냅니다. A₁의 경우 모드 및 2cm ⁻¹ E 모드용입니다.

이 모드 경화에 대한 한 가지 해석은 플레이크-기판 상호작용입니다. 예를 들어 Te가 SiO₂에서 박리될 때 Te가 변형되는 경우 기질. 기질과의 상호작용은 또한 일반적으로 탄소 나노튜브의 방사형 호흡 모드를 강화합니다[46]. 또 다른 가능성은 사슬의 상당 부분에 하나 이상의 이웃이 없기 때문에 초박형 Te에서 사슬 간 상호 작용이 감소한다는 것입니다. 순진한 기대는 체인 간 결합이 약하면 A₁이 부드러워질 것이라는 것입니다. 방법; 그러나 Te 결정에 압력을 가하면 A₁ 주파수 [47]. 또한 A₁ 사슬간 커플링이 0인(또는 6.6Å 나노포어 직경을 고려할 때 벌크보다 훨씬 작음) 제올라이트 나노포어 내부에서 분리된 Te 사슬의 빈도는 172cm ^{−1 [48]. 체인간 결합 감소가 Te Raman 모드를 강화한다는 관찰은 Ref. [23]. A₁보다 E 모드에 대한 더 작은 이동 측정 모드(그림 4a)는 참고문헌에 보고된 압력 의존성과도 일치합니다. 그러나 기질 유도 변형은 유사한 거동을 생성할 것으로 예상될 수 있습니다. 기질 상호작용 또는 감소된 사슬간 상호작용이 우리가 관찰한 스펙트럼 이동에 책임이 있는지 여부는 이 작업 범위 내에서 결론을 내릴 수 없습니다.}

그림 3에 표시된 샘플의 경우 광학 현미경과 원자력 현미경은 모두 세로로 길게 정렬된 Te 플레이크를 표시합니다. 이는 c 이 이미지에서 Te 결정의 -축은 수평입니다. 그러나 AFM 이미지(그림 3b, c)는 박리된 박편의 상당 부분, 특히 가장 얇은 박편이 수평에서 45° 기울어져 있음을 보여줍니다. 이 샘플의 결정 방향을 확인하기 위해 편광 분해 라만 분광법을 사용합니다. 여기빔의 편광은 반파장판으로 회전시켰고 적분된 라만 강도는 85~170cm ⁻¹ 도 4b에 도시되어 있다. 강도는 각 편광 각도에서 측정된 현미경 대물렌즈 아래의 레이저 출력에 의해 정규화되었습니다. 라만 강도는 X에 대해 45°와 225°에 위치한 한 번의 완전한 회전 내에서 두 개의 최대값을 나타냅니다. 및 Y 현미경 이미지에 정의된 축(그림 3). 강도는 일정한 배경에서 +/-15%의 진폭으로 대략 사인파(그림 4b의 검은색 곡선)로 변합니다.

한편, 633nm에서 벌크 Te의 광 흡수는 c-에 수직으로 편광된 빛에 대해 더 강합니다. 평행 편광보다 축 [49]. 따라서 거의 벌크와 유사한 광학 특성을 갖는 Te 플레이크의 경우(그림 4a), c에 수직으로 편광된 빛에 대해 라만 강도가 더 높을 것으로 예상합니다. -중심선. 그림 4b의 최대 라만 각도를 기반으로 그림 3b, c에서 45°로 배향된 Te 나노와이어가 c - 해당 샘플의 축. 라만 분광법과 원자현미경(AFM)에 동일한 기판의 다른 Te 플레이크가 사용되었기 때문에 이 결론의 가정은 그림 3a에 표시된 모든 박리 플레이크에 대해 결정 축이 동일하다는 것입니다. 이 가정은 전통적인 테이프 박리 방법으로 준비된 플레이크에는 적합하지 않지만 여기에서 사용되는 단방향 문지름 기술에 대한 합리적인 가정입니다. 이러한 관찰은 편광된 라만 분광법이 나노 스케일 박리된 Te의 결정 방향을 결정하기에 충분하다는 것을 보여줍니다. 이 기술은 광학 및 원자력 현미경이 결정 방향에 대한 명확한 정보를 제공하지 않는다는 점을 감안할 때 실제로 유용합니다. 박리된 Te의 두께와 너비가 단일 원자 사슬 한계에 접근함에 따라 나노포어 내부의 분리된 Te 사슬이 c -축 [48].