Graphene har haft stor potential för praktiska tillämpningar sedan det isolerades första gången 2004. Men vi använder det fortfarande inte i vår storskaliga teknik, eftersom vi inte har något sätt att producera grafen i industriell skala. Fysiker från Leiden University har nu för första gången visualiserat hur atomer beter sig mellan grafen och ett substrat. Denna insikt kan vara avgörande för framtida implementeringar av industriell grafenproduktion. Deras resultat har publicerats i Material för fysisk granskning .

År 2004, forskare isolerade ett enda lager kolatomer från ett block av grafit. Grafenlager kan möjliggöra höghastighetstransistorer, billiga elbilar och känsliga sensorer. Snabbspolning fram till 2018, och grafen finns det fortfarande få grafenapplikationer i stor skala. Problemet är att forskare inte har kommit på ett sätt att producera grafen i hög kvalitet på rätt underlag i industriell skala.

Även om forskare har en idé för storskalig produktion:Värm kiselkarbid till nästan 2, 000 grader C, och ett grafenlager växer på dess yta. Dock, forskare måste se till att de önskade egenskaperna hos grafen inte störs av substratet. Att sätta in väteatomer mellan grafen och kiselkarbid isolerar grafen och lämnar den intakt som ett skiktmaterial. Fysikern Sense Jan van der Molen och hans forskargrupp vid Leiden University har nu för första gången visualiserat hur dessa atomer beter sig under grafen.

Forskarna, inklusive postdoc Johannes Jobst och doktorand Tobias de Jong, använde sitt lågenergi-elektronmikroskop (LEEM) för att studera vad som händer med väteatomer som ligger mellan grafen och kiselkarbid. De upptäckte linjer där grafenskiktet är ansträngt. Väteatomerna använder ledningarna som tunnlar där de lättare kan fly, medan de stannar mycket längre under grafenens släta områden mellan dessa linjer. "Den omvända processen används ofta i forskning för att koppla bort grafen från substratet, "säger Jobst." Men det var inte klart hur vätet rör sig vid gränssnittet. Vi kan visa att vätgas kan blåsa in i dessa tunnlar så att det snabbt sprider sig under grafenskiktet i form av individuella atomer. "