Grafene, un cristallo composto da un solo strato di atomi di carbonio disposti in un esagono regolare, è considerato un materiale ritenuto capace di compiere miracoli, in particolare nei settori dell'elettronica, tecnologia dei sensori e tecnologia di visualizzazione, ma anche in metrologia. Solo quattro anni dopo la prima riuscita preparazione del grafene, i suoi scopritori Geim e Novoselov ricevettero quindi un premio Nobel. Poiché il metodo di preparazione originale (sfaldamento di singoli strati atomici di grafite) non offre una buona prospettiva per un ampio uso tecnologico, molti gruppi di ricercatori si stanno concentrando fortemente sullo sviluppo di procedure di produzione alternative.

Una variante completamente nuova e molto flessibile è stata ora sviluppata dal gruppo di Andrey Turchanin dell'Università di Bielefeld in collaborazione con l'Università di Ulm e tre dipartimenti del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) e questo è stato pubblicato sulla rivista scientifica Materiale avanzato .

A differenza dei metodi convenzionali in cui viene prodotto il grafene, Per esempio, per precipitazione di atomi di carbonio dalla fase gassosa o per grafitizzazione termica del carburo di silicio, gli scienziati hanno selezionato molecole aromatiche come punto di partenza in questo lavoro. Come substrati, sono stati utilizzati sia monocristalli di rame che fogli di rame policristallino poco costosi. Per irraggiamento con elettroni a bassa energia e successiva ricottura termica, è stato quindi possibile convertire un singolo strato auto-organizzato della molecola bifenil tiolo, che era precipitato sulla superficie di rame, in grafene.

Per studiare le proprietà chimiche e fisiche del grafene prodotto in questo modo, sono stati applicati diversi metodi di caratterizzazione delle università di Ulm e Bielefeld e del PTB, Per esempio, microscopia a scansione di tunnel, microscopia elettronica a trasmissione, Spettroscopia Raman e misure di trasporto elettrico a basse temperature e alti campi magnetici. Tutte queste misurazioni confermano che il grafene di eccellente qualità cristallina ed elettronica era stato effettivamente prodotto dalla molecola aromatica.

La flessibilità dell'irradiazione elettronica, che è possibile sia su grandi aree che anche con un'eccellente risoluzione spaziale su piccole, luoghi ben definiti, ora consente di fabbricare strutture di grafene di qualsiasi forma, per esempio. punti quantici, nanonastri o altre nano-geometrie con funzionalità specifiche. La selezione della temperatura nella fase di conversione termica consente inoltre di regolare il grado di cristallinità e le caratteristiche del grafene dipendenti da esso.

Ulteriori vantaggi derivano dalla versatilità del metodo di rivestimento auto-organizzato. Può essere eseguito con diverse molecole aromatiche che potrebbero, Per esempio, contengono anche atomi di drogaggio per il drogaggio elettronico del prodotto finale. Applicato in più strati, si potrebbe produrre il cosiddetto grafene bi-strato o multi-strato, la cui struttura a bande elettroniche modificata amplia le potenziali applicazioni del grafene a strato singolo. Allo stesso modo, altri substrati oltre al rame qui utilizzato (ad esempio altri metalli, semiconduttori, isolatori) possono essere utilizzati. Inoltre, dovrebbe anche essere possibile produrre grafene su qualsiasi superficie tridimensionale, poiché l'auto-organizzazione molecolare avviene anche su superfici curve. Il nuovo metodo di fabbricazione amplia le prospettive per un migliore utilizzo del "materiale magico" in modo così impressionante che la rispettiva pubblicazione è stata sottolineata sulla copertina del numero di agosto della rivista scientifica " Materiale avanzato ".