石墨烯等二维材料有望成为令人难以置信的小型和快速技术的基础，但这需要对其电子特性的详细了解。新的研究表明，可以通过首先用离子照射材料来探测快速电子过程。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和杜伊斯堡-埃森大学的研究人员合作表明，当石墨烯受到离子或带电原子照射时，喷射出的电子会提供有关石墨烯电子行为的信息。

此外，伊利诺伊大学小组首次进行了涉及高温石墨烯的计算，杜伊斯堡-埃森小组通过辐照实验验证了这一预测。这项研究发表在《纳米快报》杂志上。

伊利诺伊大学研究小组安德烈·施莱夫 (André Schleife) 表示：“通过照射材料并观察其性质的变化来推断材料内部发生的情况，这是一项成熟的技术，但现在我们正在迈出第一步，使用离子代替激光来实现这一目的。”材料科学与工程系的领导者和教授。

“优点是，与激光相比，离子可以在材料中进行高度局部、短时间的激发。这使得能够对石墨烯和其他二维材料如何随时间演变进行高精度研究。”

当离子与二维材料碰撞时，能量会转移到原子核和电子。一些电子被给予足够的能量以从材料中喷射出来。这些所谓的“二次电子”的特征是由材料中电子的特性决定的，例如它们的温度和能量分布。

该研究的主要作者、Schleife 研究小组的研究生 Yifan Yao 表示：“离子的‘撞击’和二次电子发射之间存在延迟，这是我们在模拟中寻找的关键信息。” “我们对绝对零且不存在热能的石墨烯以及具有热能和更高温度的石墨烯进行了此操作。实际上，我们是第一个像这样模拟‘热’石墨烯的人。”

伊利诺伊州的研究小组根据氢离子(裸质子)辐照的石墨烯进行了计算，并计算了二次电子如何随时间释放以及由此产生的能谱。这些结果与杜伊斯堡-埃森小组使用氩和氙离子的结果非常吻合。

此外，计算研究还提供了对二次电子发射的潜在机制的深入了解。高温石墨烯释放出更多的二次电子，对电荷分布的仔细检查表明，是材料晶格中的原子核而不是材料的电子负责。

Schleife 表示，这项技术的前景不仅仅局限于精确的二维材料测量。 “展望未来，离子辐照有可能用于故意将缺陷引入材料并对其进行操纵，”他说。 “但是，在短期内，我们已经证明辐照可以用作高精度测量技术。”