Recherche du Laboratoire national de physique (NPL), Holloway royale, Université de Londres, et l'Université de Linköping, Suède, a franchi une étape importante vers la normalisation des paramètres électriques importants du graphène tels que le potentiel de surface et la fonction de sortie. L'industrie naissante du graphène a besoin de ces mesures standardisées afin que les propriétés du graphène soient suffisamment bien comprises pour qu'il soit largement utilisé dans les appareils électroniques commerciaux.

Les mesures du potentiel de surface et du travail de sortie peuvent être utilisées pour définir les propriétés électriques locales (jusqu'à l'échelle nanométrique) du graphène monocouche et bicouche. Ceci est important car, alors que les techniques de fabrication actuelles peuvent produire des feuilles de 95 % de graphène monocouche, même de petites quantités de graphène bicouche dans un échantillon peuvent modifier les caractéristiques électriques et affecter les performances des appareils.

Actuellement, les valeurs numériques obtenues par les techniques couramment utilisées peuvent varier considérablement et ne sont pas suffisamment fiables pour faire des comparaisons précises. Alors que le substrat et les conditions environnementales peuvent affecter les résultats, il existe également des problèmes instrumentaux spécifiques causés par l'utilisation de différentes méthodes de mesure.

Cette nouvelle recherche publiée dans Rapports scientifiques , la revue en libre accès de Nature Publishing Group, compare la précision et la résolution de trois techniques de mesure couramment utilisées :la microscopie à force de sonde Kelvin modulée en fréquence (FM-KPFM); microscopie à force de sonde Kelvin modulée en amplitude (AM-KPFM); et la spectroscopie de force électrostatique (EFS). Les résultats montrent que les techniques modulées en fréquence telles que FM-KPFM et EFS donnent des résultats plus précis du potentiel de surface, ainsi qu'une résolution spatiale plus élevée, que le KPFM modulé en amplitude couramment utilisé.

Olga Kazakova, qui a dirigé les travaux à NPL, mentionné:

"Nous avons montré qu'il existe des différences significatives dans la précision et la résolution des techniques les plus couramment utilisées pour effectuer ces mesures. Cela signifie qu'un laboratoire utilisant une technique modulée en fréquence obtiendra des valeurs différentes d'un autre laboratoire utilisant une technique modulée en amplitude, par exemple. Cela rend difficile d'avoir confiance dans les valeurs et de définir les caractéristiques du graphène."

L'article présente ensuite une voie vers la standardisation des mesures de graphène effectuées dans des conditions ambiantes, plutôt que dans le vide, car ces conditions sont plus représentatives des environnements rencontrés dans les laboratoires de recherche générale et l'industrie. Par exemple, pour les dispositifs étudiés les valeurs de travail de sortie obtenues sont de 4,55±0,02 eV et 4,44±0,02 eV pour le graphène monocouche et bicouche, respectivement. Il est à noter que ces valeurs ne sont pas absolues et dépendraient d'un certain nombre de paramètres intrinsèques et extrinsèques. Cependant, la méthode proposée permet de tenir compte des conditions environnementales variables et des variations de dopage et fournit la mesure précise du potentiel de surface du graphène, fonction de travail et concentration des porteurs.

Les résultats amélioreront la capacité de la science et de l'industrie à exprimer les caractéristiques du graphène de manière quantitative et avec une confiance accrue. La technique standardisée proposée peut également être utilisée pour de nombreux autres matériaux électroniques tels que les semi-conducteurs et le photovoltaïque, assurant un impact non seulement sur l'industrie du graphène mais aussi dans le monde plus large de l'électronique.

L'article s'intitule "Normalisation des mesures de potentiel de surface des domaines de graphène".