NPL:s Quantum Detection Group har nyligen publicerat en studie i Vetenskapliga rapporter som kastar ett nytt ljus på de elektroniska egenskaperna hos kvasi-fristående grafen (QFSG), ett material som kan hitta tillämpningar inom höghastighetselektronik, avkänning och elektroniska applikationer.

Studien, som genomfördes i samarbete med University of Surrey, STORBRITANNIEN, och Institutet för elektronisk materialteknik, Polen, visar för första gången förändringar i nanoskala av grafens elektroniska och strukturella egenskaper vid väteinterkalering som frikopplar materialet från det kiselkarbidbärande substratet.

Forskarna visade att införandet av vätemolekyler mellan epitaxiell grafen och SiC främjar en dramatisk förändring av materialets elektroniska egenskaper, vilket leder till byte av transportörstyp och betydande ökning av transportörens rörlighet.

Genom att använda Kelvin-sondkraftsmikroskopi, forskarna kunde generera en komplett karta över ytpotentialfördelningen av grafenlager både för SiC-stödd epitaxiell grafen och QFSG på SiC. Genom att observera en förändring i ytpotentialfördelningen mellan de två systemen, direkt korrelerad med information från Raman-spektroskopi, forskarna kunde upptäcka förändringar i grafenlagrens elektroniska egenskaper.

"Medan elektroner är huvudbärare i orörd epitaxiell grafen, i QFSG är huvudbärarna hål, "Olga Kazakova, främste forskare, förklarade.

Genom att utföra Halleffektbaserade mätningar, gruppen observerade också en trefaldig ökning av konduktiviteten hos QSFG, en grundläggande egenskap för framtida tillämpningar inom elektronik.

Kazakova sa att den observerade ökningen av transportörernas rörlighet närmar sig världsrekordet för denna typ av material vid rumstemperatur.

Epitaxiell grafen på SiC, som erhålls via kemisk ångavsättningsmetod (CVD), har tre huvudsakliga fördelar, eftersom den lätt kan skalas upp till 4 tum i storlek, har en mycket god strukturell kvalitet och kräver inte överföring till andra underlag, vilket avsevärt förenklar den tekniska processen.

Dock, gränsskiktet mellan grafen och SiC minskar materialets konduktivitet. begränsande tillämpningar av orörd epitaxiell grafen i höghastighetselektronik.

När bildandet av QFSG genom väteinterkalering har inträffat, materialet ändrar sina elektroniska egenskaper och visar en hög elektrisk rörlighet.

"I vårt arbete, vi visade för första gången hur denna process sker på nanoskala, sa Kazakova.