Još jedan rad znanstvenika IRB-a objavljen u časopisu Nature Communications
Znanstvenici Zavoda za teorijsku fiziku (ZTF) Predrag Lazić i Damir Šokčević u suradnji sa znanstvenicima sa Instituta za fiziku u Zagrebu, Sveučilišta u Kölnu i istraživačkog centra u Jülichu (Njemačka), te kolegama sa Brookhaven National Lab (SAD) - objavili su članak u prestižnom časopisu Nature Communications (IF = 10.015).
Članak pod naslovom "The mechanism of caesium intercalation of graphene" (doi:10.1038/ncomms3772) bavi se interkalacijom atoma cezija po epitaksijalni monosloj grafena na površini iridija.
Interkalacija različitih atoma i molekula u slojevite materijale je proces od iznimne praktične važnosti. Možda najpoznatiji primjer je interkalacija atoma litija u grafit (sastavljen od mnogo slojeva grafena) koja čini osnovu jedne od elektroda u litij ionskim punjivim baterijama. Interkalacija je zanimljiva i sa fundamentalnog aspekta fizike površina i znanosti o materijalima pogotovo u svjetlu novog materijala kao što je grafen.
Grafen je obećavajući materijal za mnoge potencijalne primjene - kao što je na primjer elektronika. No, neka od svojstava grafena moraju se prvo prilagoditi za željenu primjenu. Jedan od načina modifikacije elektronskih svojstava grafena je interkalacija pod grafen. Proces interkalacije nije u potpunosti razjašnjen i glavni fokus ovog rada sastojao se u interkalaciji atoma cezija pod monosloj grafena na iridiju. Ono što je pokazao eksperiment jest da interkalacija pod grafen ne započinje odmah puštanjem atoma cezija u komoru već se inicijalno atomi cezija adsorbiraju na površinu grafena. Tek kad koncentracija cezijevih atoma na grafenu postane dovoljno velika opaža se proces interkalacije u kojem cezijevi atomi ulaze u prostor između grafena i iridija. Sam proces ulaska cezijevih atoma događa se na područjima nesavršenosti u grafenu tj. u njegovim naborima (tzv. wrinkles).
Sustav je detaljno eksperimentalno proučen metodama LEEM, STM, ARPES i LEED. Teorijska grupa sa IRB-a pristupila je proračunu ovih sustava pomoću teorije funkcionala gustoće. Jedan od najzanimljivijih i najvažnijih rezultata teorijskih računa je iznimna važnost slabe van der Waals interakcije u ovom sustavu. Iako je van der Waals interakcija prilično slaba u usporedbi s kemijskim vezanjem, ovdje je zbog specifične topologije sustava upravo ona ključna za energijski balans različitih konfiguracija. Adsorbirana struktura atoma cezija je energijski povoljnija od interkalirane strukture ako je koncentracija atoma cezija mala, no ukoliko je koncentracija atoma cezija velika (atomi su gusto pakirani na površini) tada je interkalacija cezija energetski povoljnija od njegove adsorpcije. Za prijelaz iz dominacije jedne faze u drugu ključna je činjenica da se pri interkalaciji cezija grafen značajno odmiče od površine iridija - delaminacija - kojom nestaje privlačna van der Waals sila koja je grafen držala na površini iridija i ta energija interakcije mora biti nadoknađena vezom iridij-cezij-grafen da bi interkalirana konfiguracija bila energijski stabilnija.
Zanimljivo je napomenuti da proces interkalacije cezija nije u potpunosti reverzibilan. Naime, nakon interkalacije - zagrijavanjem uzorka atomi cezija počinju izlaziti iz prostora između grafena i iridija i odlaziti u komoru, no vrlo brzo nakon početka ovog procesa dolazi do relaminacije grafena na površinu iridija i zarobljavanja određenog broja cezijevih atoma pod grafenom.
Paralelno sa ovim radom napravljena je i studija interkalacije atoma europija koja je skoro istovremeno objavljena u časopisu Nano Letters (doi: 10.1021/nl402797j).
