(Phys.org) —Graphène, une couche de carbone d'un atome d'épaisseur avec une conductivité et une résistance extraordinaires, est prometteur pour une gamme d'applications, mais pour réaliser son potentiel, les scientifiques doivent perfectionner des techniques pour ajuster ses propriétés. La culture de graphène sur de l'argent sous ultra-vide pourrait donner un échantillon exceptionnellement vierge, présentant des opportunités pour l'électronique ultrarapide et l'optique avancée, mais les méthodes actuelles de croissance du graphène sur les métaux ont échoué avec l'argent.

Des chercheurs de la Northwestern University et du Argonne National Laboratory ont récemment surmonté ces limitations, démontrant la première croissance de graphène sur un substrat d'argent monocristallin. Leur méthode pourrait faire progresser les dispositifs optiques à base de graphène et permettre l'interfaçage du graphène avec d'autres matériaux bidimensionnels.

L'étude est publiée aujourd'hui (15 novembre) dans la revue Communication Nature .

"L'argent est un matériau largement utilisé pour améliorer les propriétés optiques, " a déclaré Mark Hersam de Northwestern, un co-auteur de l'article. "Plus récemment, Le graphène est devenu une plateforme prometteuse pour les technologies optiques. Avec notre récent développement d'une méthode de culture de graphène sur argent, nous pouvons maintenant exploiter les meilleurs attributs du graphène et de l'argent en même temps."

Hersam est professeur de science et d'ingénierie des matériaux et titulaire de la chaire Bette et Neison Harris en enseignement d'excellence à la McCormick School of Engineering and Applied Science de Northwestern et directeur du Northwestern University Materials Research Center.

Alors que le graphène est classiquement cultivé sur une surface métallique en décomposant catalytiquement des hydrocarbures à des températures élevées, cette méthode est inefficace pour les substrats d'argent car les substrats sont chimiquement inertes et ont un point de fusion relativement bas.

En utilisant une source de carbone graphite, les chercheurs du Nord-Ouest et d'Argonne ont pu faire pousser du graphène en déposant du carbone atomique, plutôt qu'un précurseur moléculaire à base de carbone, sur le substrat. La croissance a contourné le besoin d'une surface chimiquement active et a permis aux chercheurs de réaliser la croissance du graphène à des températures plus basses.

"La croissance et le transfert du graphène vers une variété de substrats ont permis au graphène de transformer d'innombrables domaines scientifiques, " a déclaré Brian Kiraly, un étudiant diplômé de Northwestern en science et ingénierie des matériaux qui a travaillé sur la recherche avec Hersam et Nathan Guisinger, un scientifique du personnel à Argonne.

"Toutefois, les techniques conventionnelles entraînent des problèmes de contamination et ne sont pas compatibles avec les environnements sous vide ultra-propres nécessaires à la croissance des derniers matériaux 2D, " dit-il. " En cultivant du graphène directement sur de l'argent sous vide, nous fournissons une surface atomiquement vierge pour les technologies avancées basées sur le graphène."

Les chercheurs ont également découvert que le graphène qu'ils cultivaient était découplé électroniquement du substrat d'argent sous-jacent, permettre d'étudier et d'exploiter les propriétés intrinsèques du graphène directement sur le substrat de croissance; cette caractéristique n'avait pas été observée auparavant avec le graphène cultivé sur d'autres métaux. Les chercheurs ont observé une diffusion d'électrons ondulatoire unique sur les bords du graphène qui n'avait été observée auparavant que sur des substrats isolants.

Des travaux récents sur l'intégration du graphène avec d'autres matériaux 2D - une étape vitale pour le développement de circuits à base de graphène et d'autres technologies - ont permis à la fois d'améliorer les propriétés du graphène et l'émergence de nouvelles propriétés distinctes du graphène isolé. Le développement du graphène sur argent permet aux chercheurs de sonder les interfaces du graphène avec un nouveau matériau 2D, silicène, qui est presque exclusivement cultivé sur l'argent.