Graphène, un cristal composé d'une seule couche d'atomes de carbone disposés en un hexagone régulier, est considéré comme un matériau réputé capable de faire des miracles, notamment dans les domaines de l'électronique, technologie des capteurs et technologie d'affichage, mais aussi en métrologie. Seulement quatre ans après la première préparation réussie de graphène, ses découvreurs Geim et Novoselov ont donc reçu un prix Nobel. Comme la méthode de préparation originale (écaillage de couches atomiques uniques de graphite) n'offre pas une bonne perspective pour une large utilisation technologique, de nombreux groupes de chercheurs se concentrent très fortement sur le développement de procédés de fabrication alternatifs.

Une variante complètement nouvelle et très flexible a maintenant été développée par le groupe d'Andrey Turchanin de l'Université de Bielefeld en coopération avec l'Université d'Ulm et trois départements de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) et cela a été publié dans la revue scientifique Matériaux avancés .

Contrairement aux méthodes conventionnelles où le graphène est fabriqué, par exemple, par précipitation d'atomes de carbone de la phase gazeuse ou par graphitisation thermique de carbure de silicium, les scientifiques ont sélectionné des molécules aromatiques comme point de départ de ce travail. Comme substrats, à la fois des monocristaux de cuivre et des feuilles de cuivre polycristallines bon marché ont été utilisés. Par irradiation avec des électrons de faible énergie et recuit thermique ultérieur, il a alors été possible de transformer une monocouche auto-organisée de la molécule de biphényl thiol, qui avait précipité à la surface du cuivre, en graphène.

Pour étudier les propriétés chimiques et physiques du graphène ainsi fabriqué, différentes méthodes de caractérisation des universités d'Ulm et de Bielefeld et de la PTB ont été appliquées, par exemple, microscopie à effet tunnel, La microscopie électronique à transmission, Spectroscopie Raman ainsi que mesures de transport électrique à basses températures et champs magnétiques élevés. Toutes ces mesures confirment que du graphène d'excellente qualité cristalline et électronique a bien été fabriqué à partir de la molécule aromatique.

La flexibilité de l'irradiation électronique, ce qui est possible à la fois sur de grandes surfaces et également avec une excellente résolution spatiale à petite, des lieux bien définis, permet maintenant de fabriquer des structures de graphène de pratiquement n'importe quelle forme, par exemple. points quantiques, nanorubans ou autres nano-géométries avec des fonctionnalités spécifiques. Le choix de la température dans l'étape de conversion thermique permet également d'ajuster le degré de cristallinité et les caractéristiques du graphène en fonction de celui-ci.

Des avantages supplémentaires résultent de la polyvalence du procédé de revêtement auto-organisé. Elle peut être réalisée avec différentes molécules aromatiques qui pourraient, par exemple, contiennent également des atomes dopants pour le dopage électronique du produit final. Appliqué en plusieurs couches, du graphène dit bicouche ou multicouche pourrait être fabriqué, dont la structure de bande électronique modifiée élargit les applications potentielles du graphène monocouche. De même, d'autres substrats que le cuivre utilisé ici (par exemple d'autres métaux, semi-conducteurs, isolateurs) peuvent être utilisés. En outre, il devrait également être possible de fabriquer du graphène sur n'importe quelle surface tridimensionnelle, car l'auto-organisation moléculaire a également lieu sur des surfaces courbes. La nouvelle méthode de fabrication élargit les perspectives d'une utilisation améliorée du "matériel magique" d'une manière si impressionnante que la publication respective a été soulignée sur la page de couverture du numéro d'août de la revue scientifique " Matériaux avancés ".