Il Quantum Detection Group di NPL ha recentemente pubblicato uno studio in Rapporti scientifici che getta una nuova luce sulle proprietà elettroniche del grafene quasi free standing (QFSG), un materiale che può trovare applicazioni nell'elettronica ad alta velocità, applicazioni elettroniche e di rilevamento.

Lo studio, condotto in collaborazione con l'Università del Surrey, UK, e l'Istituto di tecnologia dei materiali elettronici, Polonia, mostra per la prima volta i cambiamenti su scala nanometrica delle proprietà elettroniche e strutturali del grafene in seguito all'intercalazione dell'idrogeno che disaccoppia il materiale dal substrato di supporto in carburo di silicio.

I ricercatori hanno dimostrato che l'inserimento di molecole di idrogeno tra grafene epitassiale e SiC promuove un drastico cambiamento nelle proprietà elettroniche del materiale, portando al cambiamento del tipo di vettore e ad un significativo aumento della mobilità del vettore.

Utilizzando la microscopia a forza della sonda Kelvin, gli scienziati sono stati in grado di generare una mappa completa della distribuzione del potenziale superficiale degli strati di grafene sia per il grafene epitassiale supportato da SiC che per QFSG su SiC. Osservando un cambiamento nella distribuzione del potenziale superficiale tra i due sistemi, direttamente correlato con le informazioni della spettroscopia Raman, gli scienziati potrebbero rilevare i cambiamenti nelle proprietà elettroniche degli strati di grafene.

"Mentre gli elettroni sono i principali vettori nel grafene epitassiale incontaminato, nel QFSG i principali vettori sono i buchi, "Olga Kazakova, principale ricercatore, spiegato.

Eseguendo misurazioni basate sull'effetto Hall, il gruppo ha anche osservato un aumento di tre volte della conduttività di QSFG, una caratteristica fondamentale per future applicazioni in elettronica.

Kazakova ha affermato che l'aumento osservato nella mobilità dei portatori si sta avvicinando al record mondiale per questo tipo di materiali a temperatura ambiente.

Grafene epitassiale su SiC, che si ottiene tramite il metodo della deposizione chimica in fase di vapore (CVD), ha tre vantaggi principali, in quanto può essere facilmente ridimensionato fino a 4 pollici di dimensioni, ha una qualità strutturale molto buona e non richiede il trasferimento su altri substrati, semplificando così notevolmente il processo tecnologico.

Però, lo strato interfacciale tra grafene e SiC riduce la conduttività del materiale. limitando le applicazioni del grafene epitassiale incontaminato nell'elettronica ad alta velocità.

Una volta che si è verificata la formazione di QFSG attraverso l'intercalazione dell'idrogeno, il materiale cambia le sue proprietà elettroniche e mostra un'elevata mobilità elettrica.

"Nel nostro lavoro, abbiamo mostrato per la prima volta come questo processo avviene su scala nanometrica, " ha detto Kazakova.