Le carbone atomique (sphères noires) est évaporé à plus de 2, 300 degrés Celsius et déposés sur une plate-forme d'argent où se forment des flocons de graphène. Les régions de couleur plus claire correspondent à la croissance du graphène et l'argent est représenté dans les régions les plus sombres.
(Phys.org) —Argent, rencontrer le graphène. Super fort, ultra léger, presque totalement transparent et l'un des meilleurs conducteurs d'électricité jamais découverts, Le graphène est une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome qui doit ses propriétés étonnantes à sa dimension bidimensionnelle.
Graphène, rencontrer l'argent. L'argent est un métal noble de haute qualité qui se corrode très lentement dans l'air humide et n'interagit généralement pas chimiquement avec d'autres substances. Graphène, pendant ce temps, est une plate-forme recherchée pour de nouvelles applications de physique et d'appareils.
« Vous avez un matériau, argent, c'est vraiment bien pour confiner la lumière et un autre, graphène, c'est vraiment bien avec des électrons en mouvement efficace, " a déclaré Brian Kiraly, étudiant diplômé de la Northwestern University, qui a découvert le nouveau procédé permettant la croissance du graphène sur l'argent.
Chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du ministère de l'Énergie, en collaboration avec des scientifiques de la Northwestern Universit, sont les premiers à faire pousser du graphène sur de l'argent, qui, jusqu'à présent, posait un défi majeur à de nombreux intervenants sur le terrain. Une partie du problème est liée aux propriétés de l'argent; l'autre implique le processus par lequel le graphène est cultivé.
Le dépôt chimique en phase vapeur est actuellement la norme de l'industrie pour la culture du graphène. La technique permet aux hydrocarbures, comme le méthane ou l'éthylène, se décomposer sur une plate-forme chaude pour former des atomes de carbone qui deviennent du graphène. Cependant, cette technique ne fonctionne pas avec une plate-forme d'argent.
"La méthode traditionnelle de décomposition des hydrocarbures sur un métal de transition ne fonctionnait pas, " dit Nathan Guisinger, un scientifique du Centre d'Argonne pour les matériaux à l'échelle nanométrique. "Le méthane ne se décomposera pas, ça va juste frapper l'argent chaud et rebondir et rester du méthane, donc il n'y a pas de source de carbone pour réellement faire pousser le graphène."
À ce point, pour découvrir comment faire pousser du graphène sur de l'argent, les chercheurs avaient besoin de comprendre les propriétés atomiques et moléculaires du matériau. Par exemple, le carbone atomique s'évapore à des températures extrêmement élevées - plus de 2, 400 degrés Celsius, obligeant les chercheurs à prendre en compte un certain nombre de paramètres différents pour créer une couche d'un atome d'épaisseur.
En outre, alors que le graphène est cultivé de manière conventionnelle à des températures de 1, 000 degrés C ou plus, la nouvelle technique Argonne-Nord-Ouest le cultive à une température plus basse de 750 degrés, donner aux chercheurs plus d'options pour travailler avec le matériel. Cette méthode ralentit également le processus pour déterminer le bon taux de croissance et la bonne distribution pour une seule couche d'atomes de carbone atterrissant sur l'argent.
Un rendu tridimensionnel du graphène montrant une croissance continue sur une plate-forme. Les couleurs plus claires correspondent à des positions relatives légèrement plus élevées. Les ondes représentent les liaisons entre les atomes de carbone dans le réseau en nid d'abeille.
La première étape de la croissance de la couche de graphène consistait à s'assurer que le substrat d'argent était "atomiquement propre", une norme difficile à respecter.
"Il est très difficile de faire une plate-forme atomiquement propre, " a déclaré Guisinger. " Presque toutes les plates-formes exposées à l'air seront recouvertes d'une couche d'eau et s'oxyderont. " Pour empêcher ce phénomène de se produire, les chercheurs travaillent dans un environnement à ultra-vide spécialement conçu.
Pour nettoyer initialement la plate-forme, Kiraly a utilisé une technique appelée "recuit par pulvérisation". C'est là que la plate-forme utilisée pour faire pousser le graphène est pulvérisée avec des ions qui mâchent la surface et la débarrassent de toute matière organique ou inorganique. L'étape suivante consiste à recuire le métal, un processus "qui le guérit et permet d'obtenir des surfaces atomiquement propres et planes, " dit Kiraly.
Après une série d'examens, les chercheurs ont découvert qu'ils avaient déposé avec succès une seule couche de graphène sur de l'argent.
Encouragé par ce résultat, les chercheurs espèrent démontrer comment superposer du graphène avec d'autres matériaux d'un atome d'épaisseur, comme la silicène, en couches atomiques empilées pour créer des matériaux hybrides.
En raison des excellentes propriétés optiques de l'argent, Kiraly envisage cette recherche ayant des applications dans les détecteurs.
« Classiquement, vous pouvez faire des choses avec des composants optiques et électroniques, comme dans les dispositifs opto-électroniques, " a déclaré Kiraly. "Tout comme un photo-détecteur ou une cellule solaire a un certain type d'interaction lumineuse qui correspond à un effet électronique ou vice versa."
Il y a un intérêt accru pour déplacer le graphène du laboratoire vers le briquet, appareils grand public plus économes en énergie. L'Université de Manchester en Angleterre, par exemple, terminera leur National Graphene Institute l'année prochaine à hauteur de 61 millions de livres sterling.
"Avec la découverte de la fabrication du graphène, maintenant, il y a une chasse aux matériaux plus bidimensionnels. Une fois découverts, nous voulons savoir comment les combiner, ", a déclaré Guisinger.
Mais pour l'instant, il appartient à des scientifiques comme Guisinger et Kiraly de comprendre comment ces pièces de la taille d'un atome s'assemblent pour créer les prochaines percées technologiques.
Le travail est décrit dans un document, "Croissance en source solide et caractérisation à l'échelle atomique du graphène sur Ag(111)", publié dans la revue Communication Nature .
