Des chercheurs du Penn State's Center for Two-Dimensional and Layered Materials et de l'Université du Texas à Dallas ont montré leur capacité à produire des produits de haute qualité, matériaux monocouches superposés par dépôt chimique en phase vapeur. Cette technique hautement évolutive, souvent utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, peut produire de nouveaux matériaux avec des propriétés uniques qui pourraient être appliquées aux cellules solaires, ultracondensateurs pour le stockage d'énergie, ou des transistors avancés pour l'électronique économe en énergie, parmi de nombreuses autres applications.

"Les gens ont essayé d'empiler ces matériaux en couches en utilisant la méthode du scotch (une méthode d'exfoliation développée par les lauréats du prix Nobel Novoselov et Geim pour produire du graphène), mais qui laisse des résidus sur les couches et n'est pas évolutif, " explique Joshua Robinson de Penn State, auteur correspondant sur un article récent publié en ligne dans ACS Nano . D'autres groupes ont utilisé la méthode de dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître des matériaux en couches sur un substrat de cuivre, mais cette méthode nécessite des techniques sophistiquées pour transférer le matériau en couches sur un substrat plus fonctionnel sans provoquer de déchirures ou de contamination.

Robinson et ses collègues ont employé une méthode plus directe, utiliser un dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître une couche de graphène épitaxié quasi-autonome (QFEG) sur un substrat de carbure de silicium, suivi d'une couche de bisulfure de molybdène (MoS2), un composé de dichalcogénure de métal largement utilisé comme lubrifiant. Afin de tester la qualité du MoS2 sur graphène, les chercheurs ont utilisé le matériau pour construire un dispositif photodétecteur pour mesurer l'efficacité du matériau en couches à convertir les photons en électrons. Ils ont constaté que la réponse du matériau MoS2/QFEG était 100 fois supérieure à celle du MoS2 seul.

Pour les appareils, la méthode QFEG, qui introduit une couche d'atomes d'hydrogène entre le substrat et le graphène et découple ainsi la couche de graphène du carbure de silicium sous-jacent, s'est avéré être un meilleur choix que le graphène plus standard tel que cultivé. Robinson dit, "En général, le QFEG est plus intéressant, et du point de vue de l'appareil, c'est critique."

Pour voir si le graphène quasi-autonome était un modèle approprié pour la croissance d'autres couches atomiques empilées artificiellement, l'équipe a synthétisé deux autres solides de van der Waals :le diséléniure de tungstène, et le nitrure de bore hexagonal. (Les solides de van der Waals ont une forte liaison dans le plan mais une faible liaison intercouche.) Ils ont déterminé que le graphène épitaxié était "un excellent candidat pour la construction de solides vdW de grande surface qui auront des propriétés et des performances extraordinaires".

L'industrie a déjà montré un vif intérêt pour les matériaux en couches 2D pour les applications RF, semi-conducteurs à faible consommation et à faible coût, et pour les affichages sur des substrats flexibles. "C'est le premier pas, " dit Robinson. " Pour vraiment contrôler les propriétés, nous devrons examiner une variété de ces systèmes qui devraient s'avérer avoir des propriétés entièrement nouvelles lorsqu'ils sont empilés ensemble. "