W czasopiśmie Physical Review Applied, wydawanym przez American Physical Society (APS), ukazał się nasz najnowszy artykuł naukowy przygotowany we współpracy z Instytutem Mikroelektroniki i Fotoniki – Sieć Badawcza Łukasiewicz (Łukasiewicz-IMiF) oraz Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). W artykule przedstawiamy wyniki badań nad odpornością radiacyjną heterostruktur grafen/SiC, dostarczając nowych informacji na temat wpływu wymiarowości materiałów na proces powstawania defektów wywoływanych promieniowaniem neutronowym.

W pracy „Radiation-Induced Defect Dynamics in 2D/3D Systems: A Dimensionality Advantage Preserved within Patterned Graphene–SiC Heterostructures” wykazaliśmy, że grafen zachowuje swoją wyjątkową odporność na promieniowanie nawet wtedy, gdy stanowi element rzeczywistej heterostruktury opartej na trójwymiarowym podłożu z węglika krzemu. Przeprowadzone przez nas eksperymenty wykazały, że uszkodzenia struktury grafenu narastają od 69 do 273 razy wolniej niż w przypadku SiC, a przy wysokich dawkach promieniowania proces ten ulega wczesnemu nasyceniu. Oznacza to, że przewaga materiałów dwuwymiarowych nad klasycznymi kryształami trójwymiarowymi zostaje zachowana również w rzeczywistych strukturach wykorzystywanych w elektronice. W pracy zaproponowaliśmy również nowy model opisujący powstawanie defektów w materiałach dwuwymiarowych. Zgodnie z przedstawioną koncepcją odpowiedź materiału na promieniowanie jest wynikiem współdziałania dwóch mechanizmów – procesów zachodzących na granicy międzywarstwowej oraz bezpośrednich uszkodzeń sieci krystalicznej wywołanych zderzeniami atomów. Nasze wyniki pokazują, że to właśnie zredukowana wymiarowość materiałów odgrywa kluczową rolę w ich wyjątkowej odporności radiacyjnej.

Uzyskane przez nas rezultaty mają znaczenie nie tylko z punktu widzenia badań podstawowych, ale również projektowania nowej generacji urządzeń przeznaczonych do pracy w środowiskach o wysokim poziomie promieniowania, takich jak reaktory fuzyjne i rozszczepieniowe, akceleratory cząstek czy systemy kosmiczne. Pokazują one, że wykorzystanie materiałów dwuwymiarowych może zapewnić wielokrotnie większą stabilność strukturalną urządzeń pracujących w ekstremalnych warunkach promieniowania. Publikacja stanowi kolejny efekt naszej współpracy z Łukasiewicz-IMiF oraz NCBJ, rozwijając badania nad materiałami dwuwymiarowymi przeznaczonymi do zastosowań w elektronice pracującej w ekstremalnych warunkach środowiskowych.

Pełny tekst artykułu dostępny jest  >>> TUTAJ <<<  w formule Open Access.