Il grafene ha un grande potenziale per applicazioni pratiche da quando è stato isolato per la prima volta nel 2004. Ma ancora non lo usiamo nella nostra tecnologia su larga scala, perché non abbiamo modo di produrre grafene su scala industriale. I fisici dell'Università di Leiden hanno ora visualizzato per la prima volta come si comportano gli atomi tra il grafene e un substrato. Questa intuizione potrebbe essere strumentale per future implementazioni della produzione industriale di grafene. I loro risultati sono stati pubblicati in Materiali per la revisione fisica .

Nel 2004, gli scienziati hanno isolato un singolo strato di atomi di carbonio da un blocco di grafite. Gli strati di grafene potrebbero consentire transistor ad alta velocità, auto elettriche poco costose e sensori delicati. Avanti veloce al 2018, e grafene ci sono ancora poche applicazioni di grafene su larga scala. Il problema è che i ricercatori non hanno trovato un modo per produrre grafene di alta qualità sul substrato giusto su scala industriale.

Sebbene gli scienziati abbiano un'idea per la produzione su larga scala:riscaldare il carburo di silicio a quasi 2, 000 gradi C, e uno strato di grafene cresce sulla sua superficie. Però, i ricercatori devono assicurarsi che le proprietà desiderate del grafene non siano disturbate dal substrato. L'inserimento di atomi di idrogeno tra il grafene e il carburo di silicio isola il grafene e lo lascia intatto come materiale a strato singolo. Il fisico Sense Jan van der Molen e il suo gruppo di ricerca presso l'Università di Leiden hanno ora visualizzato per la prima volta come si comportano quegli atomi sotto il grafene.

I ricercatori, tra cui il postdoc Johannes Jobst e il dottorando Tobias de Jong, hanno usato il loro microscopio elettronico a bassa energia (LEEM) per studiare cosa succede agli atomi di idrogeno inseriti tra grafene e carburo di silicio. Hanno individuato linee in cui lo strato di grafene è teso. Gli atomi di idrogeno usano le linee come tunnel dove possono fuggire più facilmente, mentre rimangono molto più a lungo sotto le regioni lisce del grafene tra queste linee. "Il processo inverso è ampiamente utilizzato nella ricerca per disaccoppiare il grafene dal substrato, " dice Jobst. "Ma non era chiaro come l'idrogeno si muove all'interfaccia. Potremmo dimostrare che il gas idrogeno può essere soffiato in quei tunnel in modo che si diffonda rapidamente sotto lo strato di grafene sotto forma di singoli atomi".