Les physiciens du Forschungszentrum Jülich ont développé un critère avec lequel les scientifiques peuvent rechercher des matériaux de substrat appropriés pour le graphène de manière ciblée. Les interactions avec le matériau du substrat entraînent souvent une perte des propriétés étonnantes qui caractérisent cette forme particulière de carbone. En collaboration avec des partenaires d'autres institutions, les scientifiques ont pu démontrer que l'influence exercée par le substrat sur les propriétés électroniques du graphène peut être estimée à l'aide d'un simple paramètre structurel. La publication connexe a été choisie comme suggestion de l'éditeur de la revue Lettres d'examen physique .

Plus dur que le diamant, plus résistant que l'acier et beaucoup plus conducteur que le silicium - ces propriétés et d'autres extraordinaires sont la raison pour laquelle le graphène est intensivement étudié dans le monde entier. Le matériau n'a qu'une couche atomique d'épaisseur. Son usage, cependant, est jusqu'à présent principalement limité aux expériences de laboratoire. L'une des tâches majeures sur la voie des applications pratiques est la recherche de matériaux de substrat appropriés sans lesquels le matériau extrêmement mince est de peu d'utilité.

"Nous voulions simplement trouver un paramètre accessible qui puisse être utilisé pour comparer directement différents substrats, " rapporte le Dr François Bocquet. " Le critère décisif s'est avéré être la distance atomique entre la couche de graphène et le substrat sous-jacent, " explique le physicien et postdoctorant Helmholtz à l'Institut Peter Grünberg de Jülich (PGI-3).

Considérant le rayon de van der Waals, une valeur connue pour la taille des atomes à l'état libre, la force de l'interaction peut être calculée directement à partir de la distance. Des simulations informatiques réalisées par des scientifiques de l'Institut Fritz Haber de Berlin de la Société Max Planck confirment ce résultat.

Mesures très précises avec des rayons X

À la source de rayonnement synchrotron Diamond à Didcot, Oxfordshire, ROYAUME-UNI, François Bocquet et ses collègues ont utilisé les rayons X pour mesurer la distance entre le graphène et son substrat avec une précision allant jusqu'au picomètre. Un picomètre correspond à un millième de nanomètre, soit un milliardième de millimètre. Des différences de longueur beaucoup plus petites que le diamètre atomique peuvent ainsi être déterminées.

Les scientifiques ont utilisé du carbure de silicium avec de l'hydrogène appliqué à sa surface comme échantillon. Les scientifiques de l'Institut Max Planck pour la recherche sur l'état solide de Stuttgart n'ont développé le matériau semi-conducteur spécialement préparé qu'il y a quelques années pour être utilisé comme matériau de substrat pour le graphène. Contrairement aux substrats métalliques habituels, une couche de graphène déposée sur ce matériau est pratiquement sans interaction et conserve ainsi ses propriétés électriques extraordinaires.

« Avec l'émergence de cette nouvelle classe de substrats, il était temps pour un nouveau critère avec lequel même les interactions très faibles peuvent être détectées avec précision, " explique le directeur de l'Institut Jülich Peter Grünberg, le professeur Stefan Tautz, qui dirige le sous-institut Nanostructures fonctionnelles en surfaces (PGI-3). "Avec les techniques disponibles jusqu'à présent, par exemple la spectroscopie photoélectronique, le degré d'interaction avec le substrat n'a pu être déduit qu'indirectement. Des liens aussi faibles que ceux-ci pouvaient à peine être détectés. »