Nanoszerkezetek

laborvezető: Dr. Tapasztó Levente (tapaszto.levente @ ek.hun-ren.hu)

az osztály által üzemeltetett tudományos web-oldal (angol nyelven): www.nanotechnology.hu

az osztály által üzemeltetett népszerűsítő jellegű web-oldal (magyar nyelven): www.nanotechnology.hu/magyarul.html

A Nanoszerkezetek Laboratórium fő tevékenysége a kétdimenziós (2D) anyagok kutatása. Tevékenységük magában foglalja a 2D anyagok különböző módszerekkel történő előállítását, atomi szerkezetük pásztázószondás karakterizálását és nanotechnológiai eljárásokkal történő módosítását, valamint a kialakított 2D nanoszerkezetek elektromos és optikai tulajdonságainak vizsgálatát. A több mint tíz éve folytatott grafénkutatáson túl, mára már nagyobb hangsúlyt kap a 2D átmenetifém dikalkogenid kristályok, valamint a topologikus szigetelő kristályok kutatása. A 2D anyagok kutatása mellett, továbbra is aktívan kutatják a biológiai eredetű és bioinspirált fotonikus nanoszerkezeteket.

• A Laboratóriumban pásztázószondás kísérleti módszerekkel tárták fel az atomi vékony kristályok, köztük a grafén, átmenetifém kalkogenidek és topologikus szigetelő kristályok tulajdonságait, valamint nanotechnológiai eljárásokat dolgoztak ki ezen anyagok tulajdonságainak célzott módosítására. Az egyedi 2D kristályok kutatásán túl, vizsgálták az atomi rétegenként felépített mesterséges kristályok szerkezetét és tulajdonságait, valamint a bioinspirált fotonikus nanoarchitektúrák kutatásában is aktívak voltak.  http://real.mtak.hu/127407
• A 2021-es év kiemelkedő tudományos eredménye egy új nanotechnológiai eljárás kifejlesztése volt, amellyel a grafén szerkezetében erős nanoskálájú korrugáció hozható létre. Ezeket a nanoskálán gyűrt grafén mintákat alkalmazva, először sikerült látható frekvenciatartományba eső grafén plazmonokat létrehozni és vizsgálni. A látható frekvenciájú grafénplazmonok egyik első alkalmazásaként a kutatók a korábbiaknál ezerszer érzékenyebb grafénalapú optikai érzékelőket valósítottak meg. A kutatás eredményeit a Nature Nanotechnology folyóiratban publikálták, valamint szabadalmi kérelmet nyújtottak be rá. , ld. 4. ábra http://real.mtak.hu/128595

Nanométeres skálán gyűrt grafén 3D pászátázó alagútmikroszkópos képe (a). Réz- és cink-ftalocianin molekulák optikai detektálása nanogyűrt grafén alapú érzékelőkkel extrém kis koncentrációjú oldatokból (b).

Korábbi eredményeik:

• Az ERC Starting Grant projekt keretében kimutatták, hogy a 2D átmenetifém kalkogenid kristályok kiváló aktív hordozók lehetnek egyatomos katalizátorok számára. Megmutatták, hogy a kalkogén atomok helyettesítésével, sokkal nagyobb aktív centrum sűrűség érhető el. Feltárták a katalitikus aktivitást befolyásoló főbb tényezőket és ezek alapján egyértelmű trendeket állapítottak meg különböző 2D átmenetifém kalkogenid anyagokba ágyazott egyatomos katalizátorok aktivitására vonatkozóan.
• A Lendület pályázat keretében alacsony hőmérsékletű pásztázó alagútmikroszkópia és spektroszkópia mérésekkel vizsgálták a topologikus szigetelő Pt₂HgSe₃ kristályt. Kísérletileg és elméletileg egyaránt kimutatták a topologikus tiltott sávot és a létrejövő él-állapotokat. Kísérletileg igazolták a kristály felső rétegének 2D jellegű viselkedését, amelynek oka a tömbi résztől való elcsatolódás, illetve lehetséges magyarázatot adtak a kristályban megjelenő erős dópolásra. Ezen eredmények együttesen, szilárd bizonyítékát adják, hogy a Pt₂HgSe₃ kristály, egy szobahőmérsékleten működő, stabil, 2D topologikus szigetelő.
• A Koreai-Magyar Közös Nanolabor keretében – először adták kétséget kizáró bizonyítékát a mechanikai feszültség hatására végbemenő direkt-indirekt tiltott sáv átalakulásnak 2D MoS₂ kristályban, azáltal, hogy megmérték ugyanazon kristály optikai (fotolumineszcencia) és töltés (alagútspektroszkópia) tiltott sáv szélességét.
• A Graphene Flagship projekt keretében, kimutatták, hogy a grafit hordozót használva megvalósítható a 2D MoSe₂ kristályok epitaxiális növesztése CVD módszerrel. Megmutatták, hogy MoSe₂ esetében energetikailag a legkedvezőbb állapot, a grafithordozó rácsához viszonyított nulla elforgatási szög. Így kísérletileg egy egyszerű és viszonylag olcsó növesztési módszerrel (CVD) kiváló szerkezeti minőségű 2D MoSe₂ kristályok állíthatók elő.
• STM mérésekkel és elméleti számolásokkal kimutatták, hogyan befolyásolja a mechanikai feszültség egy grafén szuperrács peridiódusát. Elméleti modellt dolgoztak ki, amely segítségével a kísérletileg megmért szuperrácsból, a rétegben meghatározható a mechanikai feszültség eloszlás.
• Megvizsgálták bizonyos lepkék szárnyainak kék színét adó nanoszerkezetek változatosságát térben és időben. A vizsgált lepkék időben több mint 100 évet, térben, pedig Nyugat-Európától Kelet-Ázsiáig terjedő területeket öleltek fel. Míg időben nagyfokú stabilitást találtak, térben jól elkülönülő változást mutattak ki Európa és Ázsia között.