Ny formel til identifikation af egnet grafensubstrat

Fysikere fra Forschungszentrum Jülich har udviklet et kriterium, hvormed forskere kan søge egnede substratmaterialer til grafen på en målrettet måde. Interaktioner med substratmaterialet fører ofte til tab af de fantastiske egenskaber, der kendetegner denne særlige form for kulstof. Sammen med partnere på andre institutioner, forskerne var i stand til at påvise, at den indflydelse, som substratet udøver på grafens elektroniske egenskaber, kan estimeres ved hjælp af en simpel strukturel parameter. Den relaterede publikation blev valgt som redaktørens forslag til tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve .

Hårdere end diamant, hårdere end stål og mange gange mere ledende end silicium - disse og yderligere ekstraordinære egenskaber er grunden til, at grafen studeres intensivt over hele verden. Materialet er kun et atomlag tykt. dens brug, imidlertid, er indtil videre mest begrænset til laboratorieforsøg. En af de store opgaver på vejen til praktiske anvendelser er søgningen efter egnede substratmaterialer, uden hvilke det ekstremt tynde materiale ikke kan bruges meget.

"Vi ønskede simpelthen at finde en tilgængelig parameter, som kan bruges til at sammenligne forskellige substrater direkte, " rapporterer Dr. François Bocquet. "Det afgørende kriterium viste sig at være atomafstanden mellem grafenlaget og det underliggende substrat, " forklarer fysikeren og Helmholtz postdoc ved Jülichs Peter Grünberg Institut (PGI-3).

I betragtning af van der Waals radius - en kendt værdi for størrelsen af ​​atomer i deres frie tilstand - kan styrken af ​​vekselvirkningen beregnes direkte fra afstanden. Computersimuleringer udført af forskere fra Berlin Fritz Haber Institute fra Max Planck Society bekræfter dette resultat.

Meget præcise målinger med røntgenstråler

Ved diamantsynkrotronstrålingskilden i Didcot, Oxfordshire, Storbritannien, François Bocquet og hans kolleger brugte røntgenstråler til at måle afstanden mellem grafen og dets substrat med en præcision ned til picometerområdet. En picometer svarer til en tusindedel af en nanometer, altså en milliardtedel af en millimeter. Længdeforskelle meget mindre end atomdiameteren kan således bestemmes.

Forskerne brugte siliciumcarbid med hydrogen påført overfladen som en prøve. Forskere fra Max Planck Institute for Solid State Research i Stuttgart udviklede først det specialfremstillede halvledermateriale for et par år siden til brug som substratmateriale for grafen. I modsætning til de sædvanlige metalliske substrater, et grafenlag aflejret på dette materiale er praktisk talt interaktionsfrit og bevarer dermed sine ekstraordinære elektriske egenskaber.

"Med fremkomsten af ​​denne nye klasse af substrater, det var tid til et nyt kriterium, med hvilket selv meget svage interaktioner kan detekteres præcist, " forklarer direktøren ved Jülich Peter Grünberg Instituttet, Prof. Stefan Tautz, der leder underinstituttet Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3). "Med de tilgængelige teknikker indtil videre, for eksempel fotoelektronspektroskopi, graden af ​​interaktion med substratet kunne kun udledes indirekte. Så svage bindinger som disse kunne næppe opdages."