Negli ultimi anni, i materiali a strati atomicamente piatti hanno guadagnato un'attenzione significativa a causa delle loro prospettive per la costruzione di elettronica ad alta velocità e bassa potenza. Il più noto tra questi materiali è il grafene, un singolo foglio di atomi di carbonio. Tra le qualità uniche di questa famiglia di materiali c'è quella di poter essere impilati uno sopra l'altro come i pezzi di Lego per creare materiali elettronici artificiali.

Però, mentre queste eterostrutture di van der Waals (vdW) sono fondamentali per molti studi scientifici e applicazioni tecnologiche di materiali stratificati, mancano ancora metodi efficienti per costruire eterostrutture vdW diverse.

Un team di ricercatori ha trovato un metodo versatile per la costruzione di eterostrutture vdW di alta qualità. Il lavoro è una collaborazione tra il laboratorio di Davood Shahrjerdi, professore di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la NYU Tandon School of Engineering e membro di facoltà della NYU WIRELESS; un gruppo guidato da Javad Shabani presso il Center for Quantum Phenomena, Università di New York; e Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi del National Institute for Materials Science, Giappone. Il loro studio è stato pubblicato questa settimana in Comunicazioni sulla natura .

Un passaggio cruciale per la costruzione di eterostrutture di grafene vdW è la produzione di grandi fiocchi di grafene monostrato su un substrato, un processo chiamato "esfoliazione" meccanica. L'operazione prevede quindi il trasferimento dei fiocchi di grafene su una posizione target per l'assemblaggio dell'eterostruttura vdW. Un substrato ottimale consentirebbe quindi di esfoliare in modo efficiente e coerente grandi scaglie di grafene monostrato e successivamente rilasciarle su richiesta per la costruzione di un'eterostruttura vdW.

Il team di ricerca ha applicato una soluzione semplice ma elegante a questa sfida che prevede l'uso di un film polimerico a doppia funzione con uno spessore inferiore a cinque nanometri (meno di 1/10, 000esimo della larghezza di un capello umano). Questa modifica consente loro di "sintonizzare" le proprietà del film in modo tale da promuovere l'esfoliazione del grafene monostrato. Quindi, per l'assemblaggio in stile Lego, dissolvono il film polimerico sotto il grafene monostrato usando una goccia d'acqua, liberare il grafene dal substrato.

"Il nostro metodo di costruzione è semplice, ad alto rendimento, e generalizzabile a diversi materiali stratificati, " ha spiegato Shahrjerdi. "Ci ha permesso di ottimizzare la fase di esfoliazione indipendentemente dalla fase di trasferimento dello strato e viceversa, con due risultati principali:un metodo di esfoliazione coerente per la produzione di grandi scaglie monostrato e un trasferimento dello strato ad alto rendimento di scaglie esfoliate. Anche, utilizzando il grafene come materiale modello, abbiamo ulteriormente stabilito le notevoli proprietà materiali ed elettroniche delle eterostrutture risultanti".