I ricercatori del Penn State's Center for Two-Dimensional and Layered Materials e dell'Università del Texas a Dallas hanno dimostrato la capacità di coltivare prodotti di alta qualità, materiali monostrato sovrapposti mediante deposizione chimica da vapore. Questa tecnica altamente scalabile, spesso utilizzato nell'industria dei semiconduttori, può produrre nuovi materiali con proprietà uniche che potrebbero essere applicati alle celle solari, ultracondensatori per l'accumulo di energia, o transistor avanzati per l'elettronica ad alta efficienza energetica, tra molte altre applicazioni.

"Le persone hanno cercato di impilare questi materiali a strati usando il metodo del nastro adesivo (un metodo di esfoliazione sviluppato dai premi Nobel Novoselov e Geim per produrre grafene), ma che lascia residui sugli strati e non è scalabile, " spiega Joshua Robinson di Penn State, autore corrispondente su un recente articolo pubblicato online in ACS Nano . Altri gruppi hanno utilizzato il metodo di deposizione chimica da vapore per far crescere materiali stratificati su un substrato di rame, ma questo metodo richiede alcune tecniche sofisticate per trasferire il materiale stratificato su un substrato più funzionale senza causare lacerazioni o contaminazioni.

Robinson e i suoi colleghi hanno impiegato un metodo più diretto, utilizzando la deposizione chimica da vapore per far crescere uno strato di grafene epitassiale quasi indipendente (QFEG) su un substrato di carburo di silicio, seguito da uno strato di bisolfuro di molibdeno (MoS2), un composto di dicalcogenuro metallico ampiamente utilizzato come lubrificante. Per testare la qualità del MoS2 sul grafene, i ricercatori hanno utilizzato il materiale per costruire un dispositivo fotorivelatore per misurare l'efficienza del materiale stratificato nel convertire i fotoni in elettroni. Hanno scoperto che la risposta del materiale MoS2/QFEG era 100 volte superiore a quella del solo MoS2.

Per i dispositivi, il metodo QFEG, che introduce uno strato di atomi di idrogeno tra il substrato e il grafene e quindi disaccoppia lo strato di grafene dal carburo di silicio sottostante, si è rivelata una scelta migliore rispetto al più standard grafene coltivato. Robinson dice, "In generale QFEG è più interessante, e dal punto di vista del dispositivo, è critico".

Per vedere se il grafene quasi indipendente fosse un modello adatto per la crescita di altri strati atomici impilati artificialmente, il team ha sintetizzato altri due solidi di van der Waals:diseleniuro di tungsteno, e nitruro di boro esagonale. (I solidi di van der Waals hanno un forte legame nel piano ma un debole legame tra gli strati.) Hanno determinato che il grafene epitassiale era "un candidato eccellente per la costruzione di solidi vdW di grandi dimensioni che avranno proprietà e prestazioni straordinarie".

L'industria ha già mostrato un forte interesse per i materiali stratificati 2D per applicazioni RF, semiconduttori a basso consumo e basso consumo, e per esposizioni su substrati flessibili. "Questo è il primo passo, " Dice Robinson. "Per controllare veramente le proprietà dovremo esaminare una varietà di questi sistemi che dovrebbero rivelarsi proprietà completamente nuove se impilati insieme".