Dans les années récentes, les matériaux en couches atomiquement plats ont attiré une attention considérable en raison de leurs perspectives de construction d'électronique à grande vitesse et à faible puissance. Le plus connu parmi ces matériaux est le graphène, une seule feuille d'atomes de carbone. L'une des qualités uniques de cette famille de matériaux est qu'ils peuvent être empilés les uns sur les autres comme des pièces Lego pour créer des matériaux électroniques artificiels.

Cependant, alors que ces hétérostructures de van der Waals (vdW) sont essentielles à de nombreuses études scientifiques et applications technologiques de matériaux stratifiés, des méthodes efficaces pour construire diverses hétérostructures vdW font encore défaut.

Une équipe de chercheurs a trouvé une méthode polyvalente pour la construction d'hétérostructures vdW de haute qualité. Le travail est une collaboration entre le laboratoire de Davood Shahrjerdi, professeur de génie électrique et informatique à la NYU Tandon School of Engineering et membre du corps professoral de NYU WIRELESS; un groupe dirigé par Javad Shabani au Center for Quantum Phenomena, L'Université de New York; et Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi de l'Institut national des sciences des matériaux, Japon. Leur étude a été publiée cette semaine dans Communication Nature .

Une étape cruciale pour la construction d'hétérostructures de graphène vdW est la production de gros flocons de graphène monocouche sur un substrat, un processus appelé « exfoliation » mécanique. L'opération consiste ensuite à transférer les paillettes de graphène sur un emplacement cible pour l'assemblage de l'hétérostructure vdW. Un substrat optimal permettrait donc d'exfolier efficacement et de manière cohérente de gros flocons de graphène monocouche et de les libérer ensuite à la demande pour la construction d'une hétérostructure vdW.

L'équipe de recherche a appliqué une solution simple mais élégante à ce défi impliquant l'utilisation d'un film polymère à double fonction d'une épaisseur inférieure à cinq nanomètres (moins de 1/10, 000e de la largeur d'un cheveu humain). Cette modification leur permet de « régler » les propriétés du film de telle sorte qu'il favorise l'exfoliation du graphène monocouche. Puis, pour l'assemblage de type Lego, ils dissolvent le film polymérique sous le graphène monocouche à l'aide d'une goutte d'eau, libérer le graphène du substrat.

"Notre méthode de construction est simple, haut rendement, et généralisable à différents matériaux stratifiés, " explique Shahrjerdi. " Cela nous a permis d'optimiser l'étape d'exfoliation indépendamment de l'étape de transfert de couche et vice versa, résultant en deux résultats majeurs :une méthode d'exfoliation cohérente pour produire de gros flocons monocouches et un transfert de couche à haut rendement de flocons exfoliés. Aussi, en utilisant le graphène comme matériau modèle, nous avons en outre établi les propriétés matérielles et électroniques remarquables des hétérostructures résultantes."