(Phys.org) - Grafen, ett atomtjockt kolskikt med extraordinär konduktivitet och styrka, håller löfte för en rad applikationer, men för att inse dess potentiella forskare måste perfekta tekniker för att justera dess egenskaper. Växande grafen på silver i ultrahögt vakuum kan resultera i ett exceptionellt orört prov, presenterar möjligheter för ultrasnabb elektronik och avancerad optik, men nuvarande metoder för odling av grafen på metaller har misslyckats med silver.
Forskare från Northwestern University och Argonne National Laboratory har nyligen övervunnit dessa begränsningar, visar den första tillväxten av grafen på ett enkristalligt silverunderlag. Deras metod kan avancera grafenbaserade optiska enheter och möjliggöra gränssnitt mellan grafen och andra tvådimensionella material.
Studien publiceras idag (15 november) i tidskriften Naturkommunikation .
"Silver är ett mycket använt material för att förbättra optiska egenskaper, "sade nordvästra Mark Hersam, medförfattare till tidningen. "På senare tid, grafen har framträtt som en lovande plattform för optisk teknik. Med vår senaste utveckling av en metod för odling av grafen på silver, vi kan nu utnyttja de bästa attributen för både grafen och silver samtidigt. "
Hersam är professor i materialvetenskap och teknik och Bette och Neison Harris ordförande i excellens i undervisning vid Northwestern McCormick School of Engineering and Applied Science och chef för Northwestern University Materials Research Center.
Medan grafen konventionellt odlas på en metallyta genom katalytiskt sönderdelning av kolväten vid förhöjda temperaturer, denna metod är ineffektiv för silversubstrat eftersom substraten är kemiskt inerta och har en relativt låg smältpunkt.
Med hjälp av en grafitkolkälla, nordvästra och Argonne -forskarna kunde odla grafen genom att avsätta atomkol, snarare än en kolbaserad molekylär föregångare, på underlaget. Tillväxten kringgick behovet av en kemiskt aktiv yta och gjorde det möjligt för forskarna att realisera grafentillväxt vid lägre temperaturer.
"Grafentillväxt och överföring till en mängd olika substrat har gjort det möjligt för grafen att transformera otaliga vetenskapliga områden, sa Brian Kiraly, en nordvästra doktorand i materialvetenskap och teknik som arbetade med forskningen med Hersam och Nathan Guisinger, en personalvetare på Argonne.
"Dock, konventionella tekniker leder till kontamineringsproblem och är inte kompatibla med de ultrarene vakuummiljöer som krävs för tillväxt av de senaste 2-D-materialen, "sa han." Genom att odla grafen direkt på silver under vakuum, Vi tillhandahåller en atomiskt ren yta för avancerad grafenbaserad teknik. "
Forskarna fann också att grafen som de odlade kopplades elektroniskt från det underliggande silversubstratet, låta grafens inneboende egenskaper studeras och utnyttjas direkt på tillväxtsubstratet; denna egenskap har inte tidigare observerats med grafen odlad på andra metaller. Forskarna observerade unik vågliknande elektronspridning vid grafenens kanter som tidigare bara observerats på isolerande substrat.
Det senaste arbetet med att integrera grafen med andra 2-D-material-ett viktigt steg för utvecklingen av grafenbaserade kretsar och annan teknik-har gett både förbättringar av grafens egenskaper och framväxten av nya egenskaper som skiljer sig från isolerade grafen. Utvecklingen av grafen på silver gör det möjligt för forskare att undersöka grafengränssnitt med ett nytt 2-D-material, silen, som nästan uteslutande odlas på silver.
