Ricerca del National Physical Laboratory (NPL), Royal Holloway, Università di Londra, e Università di Linköping, Svezia, ha compiuto un passo importante verso la standardizzazione di importanti parametri elettrici del grafene come il potenziale di superficie e la funzione di lavoro. La nascente industria del grafene richiede queste misurazioni standardizzate in modo che le proprietà del grafene siano comprese abbastanza bene da poter essere ampiamente utilizzato nei dispositivi elettronici commerciali.

Le misurazioni del potenziale di superficie e della funzione di lavoro possono essere utilizzate per definire le proprietà elettriche locali (fino alla nanoscala) del grafene a strato singolo e doppio. Questo è importante in quanto, mentre le attuali tecniche di produzione possono produrre fogli di grafene monostrato al 95%, anche piccole quantità di grafene a doppio strato in un campione possono modificare le caratteristiche elettriche e influenzare le prestazioni dei dispositivi.

Attualmente, i valori numerici ottenuti con le tecniche comunemente utilizzate possono variare in modo significativo e non sono sufficientemente affidabili per effettuare confronti accurati. Mentre il substrato e le condizioni ambientali possono influenzare i risultati, ci sono anche problemi strumentali specifici causati dall'uso di diversi metodi di misurazione.

Questa nuova ricerca pubblicata in Rapporti scientifici , la rivista ad accesso aperto del Nature Publishing Group, confronta l'accuratezza e la risoluzione di tre tecniche di misurazione comunemente utilizzate:microscopia a forza di sonda Kelvin modulata in frequenza (FM-KPFM); microscopia a forza di sonda Kelvin modulata in ampiezza (AM-KPFM); e spettroscopia di forza elettrostatica (EFS). I risultati mostrano che le tecniche modulate in frequenza come FM-KPFM e EFS forniscono risultati più accurati del potenziale di superficie, così come una maggiore risoluzione spaziale, rispetto al KPFM modulato in ampiezza comunemente usato.

Olga Kazakova, che ha guidato il lavoro a NPL, disse:

"Abbiamo dimostrato che ci sono differenze significative nell'accuratezza e nella risoluzione delle tecniche più comunemente utilizzate per effettuare queste misurazioni. Ciò significa che un laboratorio che utilizza una tecnica modulata in frequenza otterrà valori diversi rispetto a un altro laboratorio che utilizza una tecnica modulata in ampiezza, Per esempio. Ciò rende difficile avere fiducia nei valori e definire le caratteristiche del grafene".

Il documento presenta quindi un percorso verso la standardizzazione delle misurazioni del grafene effettuate in condizioni ambientali, piuttosto che nel vuoto, in quanto queste condizioni sono più rappresentative degli ambienti presenti nei laboratori di ricerca generale e nell'industria. Per esempio, per i dispositivi studiati i valori della funzione di lavoro ottenuti sono 4,55±0,02 eV e 4,44±0,02 eV per grafene a strato singolo e doppio strato, rispettivamente. Va notato che questi valori non sono assoluti e dipenderebbero da una serie di parametri intrinseci ed estrinseci. Però, il metodo proposto consente di contabilizzare condizioni ambientali variabili e variazioni di drogaggio e fornisce la misura accurata del potenziale superficiale del grafene, funzione di lavoro e concentrazione del portatore.

I risultati miglioreranno la capacità della scienza e dell'industria di esprimere quantitativamente e con maggiore sicurezza le caratteristiche del grafene. La tecnica standardizzata proposta può essere utilizzata anche per molti altri materiali elettronici come semiconduttori e fotovoltaico, garantendo un impatto non solo sull'industria del grafene ma anche nel più ampio mondo dell'elettronica.

Il documento è intitolato "Standardizzazione delle misurazioni del potenziale superficiale dei domini di grafene".