Forskere dyrker grafen på sølv

(Phys.org) - Graphene, et et-atom-tykt kulstoflag med ekstraordinær ledningsevne og styrke, lover for en række applikationer, men for at realisere dets potentielle videnskabsmænd må videnskabsmænd perfektionere teknikker til at tune dens egenskaber. Dyrkning af grafen på sølv i ultrahøjt vakuum kan resultere i en usædvanlig uberørt prøve, præsenterer muligheder for ultrahurtig elektronik og avanceret optik, men de nuværende metoder til dyrkning af grafen på metaller har været uden succes med sølv.

Forskere fra Northwestern University og Argonne National Laboratory har for nylig overvundet disse begrænsninger, demonstrerer den første vækst af grafen på et enkeltkrystal sølvsubstrat. Deres metode kunne fremme grafenbaserede optiske enheder og muliggøre interfacing af grafen med andre todimensionelle materialer.

Undersøgelsen er offentliggjort i dag (15. november) i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Sølv er et meget brugt materiale til at forbedre optiske egenskaber, " sagde Northwesterns Mark Hersam, medforfatter til papiret. "For nylig, grafen er dukket op som en lovende platform for optiske teknologier. Med vores seneste udvikling af en metode til dyrkning af grafen på sølv, vi kan nu udnytte de bedste egenskaber af både grafen og sølv på samme tid."

Hersam er professor i materialevidenskab og teknik og Bette og Neison Harris Chair i Teaching Excellence ved Northwestern's McCormick School of Engineering and Applied Science og direktør for Northwestern University Materials Research Center.

Mens grafen konventionelt dyrkes på en metaloverflade ved katalytisk at nedbryde kulbrinter ved forhøjede temperaturer, denne metode er ineffektiv for sølvsubstrater, fordi substraterne er kemisk inerte og har et relativt lavt smeltepunkt.

Ved hjælp af en grafitkulstofkilde, Northwestern- og Argonne-forskerne var i stand til at dyrke grafen ved at afsætte atomart kulstof, snarere end en kulstofbaseret molekylær precursor, på underlaget. Væksten omgik behovet for en kemisk aktiv overflade og gjorde det muligt for forskerne at realisere grafenvækst ved lavere temperaturer.

"Graphenvækst og overførsel til en række forskellige substrater har gjort det muligt for grafen at transformere utallige videnskabelige felter, " sagde Brian Kiraly, en nordvestlig kandidatstuderende i materialevidenskab og teknik, der arbejdede på forskningen med Hersam og Nathan Guisinger, en stabsforsker ved Argonne.

"Imidlertid, konventionelle teknikker fører til forureningsproblemer og er ikke kompatible med de ultra-rene vakuummiljøer, der kræves til væksten af ​​de nyeste 2D-materialer, " sagde han. "Ved at dyrke grafen direkte på sølv under vakuum, vi leverer en atomisk uberørt overflade til avancerede grafen-baserede teknologier."

Forskerne fandt også ud af, at den grafen, de dyrkede, var elektronisk afkoblet fra det underliggende sølvsubstrat, at tillade grafens iboende egenskaber at blive undersøgt og udnyttet direkte på vækstsubstratet; denne egenskab er ikke tidligere blevet observeret med grafen dyrket på andre metaller. Forskerne observerede unik bølgelignende elektronspredning ved grafenens kanter, som tidligere kun var blevet observeret på isolerende underlag.

Nyligt arbejde med at integrere grafen med andre 2-D-materialer - et skridt, der er afgørende for udviklingen af ​​grafenbaserede kredsløb og andre teknologier - har givet både forbedringer af grafens egenskaber og fremkomsten af ​​nye egenskaber, der adskiller sig fra isoleret grafen. Udviklingen af ​​grafen på sølv gør det muligt for forskere at undersøge grafen-grænseflader med et nyt 2-D-materiale, silicen, som næsten udelukkende dyrkes på sølv.