Une nouvelle approche de la croissance du graphène réduit considérablement les problèmes qui ont tourmenté les chercheurs dans le passé et ouvre la voie à la forme cristalline de l'utilisation du graphite dans les appareils électroniques sophistiqués de demain.

Les résultats des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie démontrent que l'hydrogène plutôt que le carbone dicte la forme et la taille des grains de graphène, selon une équipe dirigée par Ivan Vlassiouk de l'ORNL, un membre d'Eugene Wigner, et Sergueï Smirnov, professeur de chimie à l'Université d'État du Nouveau-Mexique. Cette recherche est publiée dans ACS Nano .

"L'hydrogène initie non seulement la croissance du graphène, mais contrôle la forme et la taille du graphène, " dit Vlassiouk. " Dans notre journal, nous avons décrit une méthode pour faire croître des grains de graphène bien définis qui ont des formes hexagonales parfaites pointant vers la structure monocristalline irréprochable."

Au cours des deux dernières années, la croissance du graphène a impliqué la décomposition de gaz contenant du carbone tels que le méthane sur une feuille de cuivre à haute température, la méthode dite de dépôt chimique en phase vapeur. On savait peu de choses sur le processus exact, mais les chercheurs savaient qu'ils devraient mieux comprendre le mécanisme de croissance avant de pouvoir produire des films de graphène de haute qualité.

Jusqu'à maintenant, les films de graphène cultivés sont constitués de grains de graphène de forme irrégulière de différentes tailles, qui n'étaient généralement pas des monocristaux.

"Nous avons montré que, étonnamment, ce ne sont pas seulement la source de carbone et le substrat qui dictent le taux de croissance, la forme et la taille du grain de graphène, " dit Vlassiouk. " Nous avons trouvé que l'hydrogène, qui était censé jouer un rôle plutôt passif, est également crucial pour la croissance du graphène. Il contribue à la fois à l'activation des molécules adsorbées qui initient la croissance du graphène et à l'élimination des liaisons faibles aux bords des grains qui contrôlent la qualité du graphène."

En utilisant leur nouvelle recette, Vlassiouk et ses collègues ont créé un moyen de synthétiser de manière fiable le graphène à grande échelle. Le fait que leur technique leur permette de contrôler la taille et les joints des grains peut entraîner une amélioration de la fonctionnalité du matériau dans les transistors, semi-conducteurs et potentiellement des centaines d'appareils électroniques.

Les implications de cette recherche sont importantes, selon Vlassiouk, qui a dit, « Nos découvertes sont cruciales pour développer une méthode de croissance de graphène à domaine unique à très grande échelle qui constituera une avancée majeure vers la mise en œuvre du graphène dans des appareils du monde réel. »