I fisici del Forschungszentrum Jülich hanno sviluppato un criterio con cui gli scienziati possono cercare materiali di substrato adatti per il grafene in modo mirato. Le interazioni con il materiale del substrato spesso portano alla perdita delle straordinarie proprietà che caratterizzano questa speciale forma di carbonio. Insieme ai partner di altre istituzioni, gli scienziati hanno potuto dimostrare che l'influenza esercitata dal substrato sulle proprietà elettroniche del grafene può essere stimata mediante un semplice parametro strutturale. La relativa pubblicazione è stata scelta come suggerimento dell'editore della rivista Lettere di revisione fisica .

Più duro del diamante, più resistente dell'acciaio e molte volte più conduttivo del silicio:queste e altre straordinarie proprietà sono la ragione per cui il grafene viene studiato intensamente in tutto il mondo. Il materiale è spesso solo uno strato atomico. Il suo uso, però, è finora per lo più limitato a esperimenti di laboratorio. Uno dei compiti principali verso le applicazioni pratiche è la ricerca di materiali di supporto adatti senza i quali il materiale estremamente sottile è di scarsa utilità.

"Volevamo semplicemente trovare un parametro accessibile che potesse essere utilizzato per confrontare direttamente diversi substrati, " riferisce il Dr. François Bocquet. "Il criterio decisivo si è rivelato essere la distanza atomica tra lo strato di grafene e il substrato sottostante, " spiega il fisico e postdoc Helmholtz presso il Peter Grünberg Institute di Jülich (PGI-3).

Considerando il raggio di van der Waals, un valore noto per la dimensione degli atomi nel loro stato libero, la forza dell'interazione può essere calcolata direttamente dalla distanza. Le simulazioni al computer eseguite dagli scienziati del Fritz Haber Institute di Berlino della Max Planck Society confermano questo risultato.

Misurazioni estremamente precise con i raggi X

Alla sorgente di radiazione di sincrotrone Diamond a Didcot, Oxfordshire, UK, François Bocquet e i suoi colleghi hanno utilizzato i raggi X per misurare la distanza tra il grafene e il suo substrato con una precisione fino al picometro. Un picometer corrisponde a un millesimo di nanometro, cioè un miliardesimo di millimetro. Si possono così determinare differenze di lunghezza molto più piccole del diametro atomico.

Gli scienziati hanno usato come campione il carburo di silicio con l'idrogeno applicato sulla sua superficie. Solo pochi anni fa gli scienziati dell'Istituto Max Planck per la ricerca sullo stato solido di Stoccarda hanno sviluppato il materiale semiconduttore appositamente preparato per l'uso come materiale di substrato per il grafene. A differenza dei normali supporti metallici, uno strato di grafene depositato su questo materiale è praticamente esente da interazioni e quindi conserva le sue straordinarie proprietà elettriche.

"Con l'emergere di questa nuova classe di substrati, era tempo di un nuovo criterio con il quale anche interazioni molto deboli potessero essere rilevate con precisione, " spiega il direttore dell'Istituto Jülich Peter Grünberg, Prof. Stefan Tautz, che dirige il sottoistituto Nanostrutture Funzionali alle Superfici (PGI-3). "Con le tecniche finora disponibili, per esempio spettroscopia fotoelettronica, il grado di interazione con il substrato poteva essere dedotto solo indirettamente. Legami così deboli come questi difficilmente potevano essere rilevati."