(Phys.org) —Grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo con conduttività e resistenza straordinarie, mantiene la promessa per una gamma di applicazioni, ma per realizzare il suo potenziale gli scienziati devono perfezionare le tecniche per mettere a punto le sue proprietà. La coltivazione di grafene sull'argento nel vuoto ultraelevato potrebbe produrre un campione eccezionalmente incontaminato, presentare opportunità per l'elettronica ultraveloce e l'ottica avanzata, ma gli attuali metodi per coltivare il grafene sui metalli non hanno avuto successo con l'argento.
I ricercatori della Northwestern University e dell'Argonne National Laboratory hanno recentemente superato questi limiti, dimostrando la prima crescita di grafene su un substrato di argento a cristallo singolo. Il loro metodo potrebbe far progredire i dispositivi ottici basati sul grafene e consentire l'interfacciamento del grafene con altri materiali bidimensionali.
Lo studio è pubblicato oggi (15 novembre) sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
"L'argento è un materiale ampiamente utilizzato per migliorare le proprietà ottiche, " ha detto Mark Hersam della Northwestern, un coautore del documento. "Più recentemente, il grafene è emerso come una piattaforma promettente per le tecnologie ottiche. Con il nostro recente sviluppo di un metodo per coltivare il grafene sull'argento, ora possiamo sfruttare i migliori attributi sia del grafene che dell'argento allo stesso tempo".
Hersam è professore di scienza e ingegneria dei materiali e cattedra Bette e Neison Harris in Teaching Excellence presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern e direttore del Northwestern University Materials Research Center.
Mentre il grafene viene coltivato convenzionalmente su una superficie metallica decomponendo cataliticamente gli idrocarburi a temperature elevate, questo metodo è inefficace per i substrati d'argento perché i substrati sono chimicamente inerti e hanno un punto di fusione relativamente basso.
Utilizzando una fonte di carbonio grafite, i ricercatori della Northwestern e dell'Argonne sono stati in grado di coltivare il grafene depositando carbonio atomico, piuttosto che un precursore molecolare a base di carbonio, sul substrato. La crescita ha aggirato la necessità di una superficie chimicamente attiva e ha permesso ai ricercatori di realizzare la crescita del grafene a temperature più basse.
"La crescita e il trasferimento del grafene a una varietà di substrati ha permesso al grafene di trasformare innumerevoli campi scientifici, " ha detto Brian Kiraly, uno studente laureato della Northwestern in scienze e ingegneria dei materiali che ha lavorato alla ricerca con Hersam e Nathan Guisinger, uno scienziato del personale ad Argonne.
"Però, le tecniche convenzionali portano a problemi di contaminazione e non sono compatibili con gli ambienti sottovuoto ultra-puliti necessari per la crescita dei più recenti materiali 2-D, " ha detto. "Coltivando il grafene direttamente sull'argento sotto vuoto, forniamo una superficie atomicamente incontaminata per tecnologie avanzate basate sul grafene."
I ricercatori hanno anche scoperto che il grafene coltivato era disaccoppiato elettronicamente dal substrato d'argento sottostante, permettere di studiare e sfruttare le proprietà intrinseche del grafene direttamente sul substrato di crescita; questa caratteristica non è stata precedentemente osservata con grafene cresciuto su altri metalli. I ricercatori hanno osservato una diffusione di elettroni simile a un'onda unica ai bordi del grafene che in precedenza era stata osservata solo su substrati isolanti.
Il lavoro recente sull'integrazione del grafene con altri materiali 2-D, un passaggio fondamentale per lo sviluppo di circuiti a base di grafene e altre tecnologie, ha prodotto sia miglioramenti delle proprietà del grafene sia l'emergere di nuove proprietà distinte dal grafene isolato. Lo sviluppo del grafene sull'argento consente ai ricercatori di sondare le interfacce del grafene con un nuovo materiale 2-D, silicio, che è quasi esclusivamente coltivato su argento.
