Fysiker från Forschungszentrum Jülich har utvecklat ett kriterium med vilket forskare kan söka lämpliga substratmaterial för grafen på ett målinriktat sätt. Interaktioner med substratmaterialet leder ofta till förlust av de fantastiska egenskaper som kännetecknar denna speciella form av kol. Tillsammans med partners vid andra institutioner, forskarna kunde visa att det inflytande som substratet utövar på grafens elektroniska egenskaper kan uppskattas med hjälp av en enkel strukturell parameter. Den relaterade publikationen valdes som redaktörens förslag till tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Hårdare än diamant, segare än stål och många gånger mer ledande än kisel – dessa och ytterligare extraordinära egenskaper är anledningen till att grafen studeras intensivt över hela världen. Materialet är bara ett atomskikt tjockt. dess användning, dock, är hittills mestadels begränsat till laboratorieexperiment. En av de stora uppgifterna på vägen till praktiska tillämpningar är sökandet efter lämpliga substratmaterial utan vilka det extremt tunna materialet är till liten nytta.

"Vi ville helt enkelt hitta en tillgänglig parameter som kan användas för att jämföra olika substrat direkt, " rapporterar Dr. François Bocquet. "Det avgörande kriteriet visade sig vara atomavståndet mellan grafenskiktet och det underliggande substratet, "förklarar fysikern och Helmholtz postdoc vid Jülichs Peter Grünberg Institute (PGI-3).

Med tanke på van der Waals radie - ett känt värde för atomernas storlek i deras fria tillstånd - kan interaktionens styrka beräknas direkt från avståndet. Datorsimuleringar utförda av forskare från Berlin Fritz Haber-institutet i Max Planck Society bekräftar detta resultat.

Mycket exakta mätningar med röntgen

Vid Diamond synchrotron -strålningskällan i Didcot, Oxfordshire, STORBRITANNIEN, François Bocquet och hans kollegor använde röntgenstrålar för att mäta avståndet mellan grafen och dess substrat med en precision ner till pikometrarna. En pikometer motsvarar en tusendels nanometer, dvs en miljarddels millimeter. Längdskillnader mycket mindre än atomdiametern kan således bestämmas.

Forskarna använde kiselkarbid med väte applicerat på dess yta som ett prov. Forskare från Max Planck Institute for Solid State Research i Stuttgart utvecklade det specialberedda halvledarmaterialet först för några år sedan för användning som substratmaterial för grafen. I motsats till de vanliga metalliska substraten, ett grafenskikt avsatt på detta material är praktiskt taget interaktionsfritt och behåller därmed sina extraordinära elektriska egenskaper.

"Med uppkomsten av denna nya klass av substrat, det var dags för ett nytt kriterium med vilket även mycket svaga interaktioner kan detekteras exakt, " förklarar direktören vid Jülich Peter Grünberg Institute, Prof. Stefan Tautz, som leder underinstitutet Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3). "Med den teknik som finns tillgänglig hittills, till exempel fotoelektronspektroskopi, graden av interaktion med substratet kunde endast härledas indirekt. Så svaga bindningar som dessa kunde knappast upptäckas."