La production de graphène structurellement parfait et d'autres matériaux 2D est le secret pour exploiter leurs nouvelles propriétés électroniques et spintroniques potentielles. Mais comment savons-nous quand le graphène, le matériau 2D le plus étudié, est parfait, une couche d'atomes uniforme et sans défaut ?

Des scientifiques du laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis ont découvert un indicateur qui démontre de manière fiable la haute qualité d'un échantillon, et c'était celui qui se cachait à la vue de tous pendant des décennies.

Les chercheurs étudiaient des échantillons de graphène en utilisant la diffraction électronique à basse énergie, une technique couramment utilisée en physique pour étudier la structure cristalline des surfaces de matériaux solides.

Ce qu'ils ont trouvé ne suivait pas les règles de diffraction acceptées.

"La découverte est un paradoxe, " a déclaré Michael Tringides, un scientifique principal du laboratoire Ames qui étudie les propriétés uniques des matériaux et des métaux 2D cultivés sur du graphène, graphite, et d'autres surfaces revêtues de carbone. « La diffraction des manuels indique que plus un matériau est impeccable, plus les taches de diffraction sont nettes et claires, et les matériaux imparfaits ont une faible intensité, points de diffraction plus larges."

Mais dans le cas d'échantillons très uniformes de graphène, les études de diffraction ont non seulement montré les points aigus attendus, mais aussi une très large bande de diffraction diffuse dans le fond.

"Ce résultat n'est pas intuitif et très étrange, " dit Tringides, "mais nous trouvons que ce large schéma de diffraction est une caractéristique intrinsèque du graphène, et quand tu l'as, vous avez un très bon graphène. C'est un bon moyen de mesurer quantitativement sa perfection structurelle."

Quoi de plus, cet étrange motif de diffraction était présent et visible dans les 25 dernières années de publications de recherche sur le graphène, et pourtant ignoré. "C'était un gros, phénomènes notables, et reproductible, et nous avons réalisé que cela doit être extrêmement important d'une manière ou d'une autre, " dit Tringides.

Bien que des travaux plus théoriques soient nécessaires pour expliquer pleinement les résultats expérimentaux, les scientifiques pensent que le large phénomène de diffraction est causé par le confinement des électrons du graphène dans une seule couche d'atomes. Selon les principes fondamentaux de la mécanique quantique, parce que la position des électrons normale à la couche est connue avec précision, leur vecteur d'onde doit avoir un étalement, qui est transféré aux électrons diffractés. Cet effet est également significatif pour d'autres types de matériaux 2D. Avec l'intérêt continu et croissant pour les matériaux 2D pour une variété d'applications, l'amélioration de leur qualité structurelle sera la clé de nouvelles technologies prometteuses, dit Tringides.

"Ce travail constitue une étape importante vers la capacité d'optimiser avec précision le graphène et d'autres matériaux 2D, et adapter leurs propriétés à des applications spécifiques, " il a dit.

La recherche est discutée plus en détail dans le document, "Paradoxe de la diffraction :un fond de diffraction exceptionnellement large marque le graphène de haute qualité, " rédigé par S. Chen, M. Horn von Hoegen, P.A. Thiel, et M.C. Tringides; et publié dans Examen physique B .