Med en catch-and-release-proces, forskere fremmer grafenelektronik

I de seneste år, atomisk flade lagdelte materialer har fået betydelig opmærksomhed på grund af deres muligheder for at bygge højhastigheds- og laveffektelektronik. Mest kendt blandt disse materialer er grafen, et enkelt ark kulstofatomer. Blandt de unikke kvaliteter ved denne familie af materialer er, at de kan stables oven på hinanden som lego-stykker for at skabe kunstige elektroniske materialer.

Imidlertid, mens disse van der Waals (vdW) heterostrukturer er kritiske for mange videnskabelige undersøgelser og teknologiske anvendelser af lagdelte materialer, Der mangler stadig effektive metoder til at bygge forskellige vdW-heterostrukturer.

Et team af forskere har fundet en alsidig metode til konstruktion af højkvalitets vdW-heterostrukturer. Værket er et samarbejde mellem laboratoriet i Davood Shahrjerdi, en professor i Electrical and Computer Engineering ved NYU Tandon School of Engineering og et fakultetsmedlem af NYU WIRELESS; en gruppe ledet af Javad Shabani ved Center for Quantum Phenomena, New York University; og Kenji Watanabe og Takashi Taniguchi fra National Institute for Materials Science, Japan. Deres undersøgelse blev offentliggjort i denne uge i Naturkommunikation .

Et afgørende skridt for at bygge vdW grafen heterostrukturer er produktionen af ​​store monolag grafen flager på et substrat, en proces kaldet mekanisk "eksfoliering". Operationen involverer derefter at overføre grafenflagerne til et målsted for samlingen af ​​vdW-heterostrukturen. Et optimalt substrat ville derfor gøre det muligt effektivt og konsekvent at eksfoliere store flager af monolagsgrafen og efterfølgende frigive dem on-demand for at konstruere en vdW-heterostruktur.

Forskerholdet anvendte en enkel, men elegant løsning på denne udfordring, der involverede brugen af ​​en dobbeltfunktions polymerfilm med en tykkelse på under fem nanometer (mindre end 1/10, 000. bredden af ​​et menneskehår). Denne modifikation giver dem mulighed for at "tune" filmens egenskaber, således at det fremmer eksfolieringen af ​​monolagsgrafen. Derefter, til den Lego-lignende samling, de opløser polymerfilmen under monolaget grafen ved hjælp af en dråbe vand, frigør grafen fra underlaget.

"Vores byggemetode er enkel, højt udbytte, og generaliserbar til forskellige lagdelte materialer, " forklarede Shahrjerdi. "Det gjorde det muligt for os at optimere eksfolieringstrinnet uafhængigt af lagoverførselstrinnet og omvendt, resulterer i to hovedresultater:en konsekvent eksfolieringsmetode til fremstilling af store monolagsflager og en højtydende lagoverførsel af eksfolierede flager. Også, ved at bruge grafen som modelmateriale, vi etablerede yderligere de bemærkelsesværdige materielle og elektroniske egenskaber af de resulterende heterostrukturer."