(Phys.org) — Des chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge du Département de l'énergie et de l'Université du Tennessee, Knoxville a été le pionnier d'une nouvelle technique pour former un feuille à un seul atome de deux matériaux différents avec une frontière homogène.

L'étude, publié dans la revue Science , pourrait permettre l'utilisation de nouveaux types de matériaux hybrides 2D dans les applications technologiques et la recherche fondamentale.

En repensant une méthode traditionnelle de culture des matériaux, les chercheurs ont combiné deux composés - le graphène et le nitrure de bore - en une seule couche d'un seul atome d'épaisseur. Graphène, qui est constitué d'atomes de carbone disposés en hexagone, anneaux en nid d'abeille, a attiré des vagues d'attention en raison de sa haute résistance et de ses propriétés électroniques.

"Les gens appellent le graphène un matériau miracle qui pourrait révolutionner le paysage de la nanotechnologie et de l'électronique, " An-Ping Li de l'ORNL a déclaré. " En effet, le graphène a beaucoup de potentiel, mais il a des limites. Pour utiliser le graphène dans des applications ou des appareils, nous devons intégrer le graphène à d'autres matériaux."

Une méthode pour combiner différents matériaux en hétérostructures est l'épitaxie, dans lequel un matériau est développé au-dessus d'un autre de telle sorte que les deux aient la même structure cristalline. Pour faire croître les matériaux 2D, l'équipe de recherche ORNL-UT a dirigé le processus de croissance horizontalement au lieu de verticalement.

Les chercheurs ont d'abord cultivé du graphène sur une feuille de cuivre, gravé le graphène pour créer des bords nets, puis fait pousser du nitrure de bore par dépôt chimique en phase vapeur. Au lieu de se conformer à la structure de la couche de base en cuivre comme en épitaxie classique, les atomes de nitrure de bore ont pris la cristallographie du graphène.

"Le morceau de graphène a agi comme une graine pour la croissance épitaxiale dans l'espace bidimensionnel, de sorte que la cristallographie du nitrure de bore est uniquement déterminée par le graphène, ", a déclaré Gong Gu de l'UT.

Non seulement la technique de l'équipe combine les deux matériaux, il a également produit une limite atomiquement nette, une interface unidimensionnelle, entre les deux matériaux. La possibilité de contrôler soigneusement cette interface, ou "hétérojonction, " est important d'un point de vue appliqué et fondamental, dit Gu.

"Si nous voulons exploiter le graphène dans une application, nous devons utiliser les propriétés de l'interface, puisque, comme l'a dit un jour le lauréat du prix Nobel Herbert Kroemer « l'interface est l'appareil, ' », a déclaré Li. « En créant ce propre, cohérent, Interface 1D, notre technique nous offre la possibilité de fabriquer des dispositifs à base de graphène pour des applications réelles."

La nouvelle technique permet également aux chercheurs d'étudier expérimentalement pour la première fois la frontière scientifiquement intrigante du graphène et du nitrure de bore.

"Il existe un vaste corpus de littérature théorique prédisant de merveilleuses propriétés physiques de cette frontière particulière, en l'absence de validation expérimentale à ce jour, " dit Li, qui dirige un effort ORNL pour étudier les relations structure-transport au niveau atomique à l'aide de l'installation unique de microscopie à effet tunnel à quatre sondes du laboratoire. "Maintenant, nous avons une plate-forme pour explorer ces propriétés."

L'équipe de recherche prévoit que sa méthode pourra être appliquée à d'autres combinaisons de matériaux 2D, en supposant que les différentes structures cristallines sont suffisamment similaires pour se correspondre.