Doorbraak brengt toepassing van grafeen in elektronica dichterbij
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=286691
printerversie
12 februari 2015
Doorbraak brengt toepassing van grafeen in elektronica dichterbij
Grafeen wordt wel een 'wondermateriaal' genoemd, de bijzondere koolstofverbinding belooft snellere computers, betere sensoren en nog veel meer. Maar het lukt nog niet goed om grafeen van goede kwaliteit te produceren op industriele schaal. Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen
hebben mogelijk een doorbraak bereikt. Hun werk, dat is gefinancierd door de FOM-Projectruimte, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters.
Figuur 1. Grafeen
vergroten Figuur 1. Grafeen
Grafeen is een bijzonder materiaal waarvan de kristallen slechts een atoom dik zijn. Elektronen vliegen er bijna zonder weerstand doorheen en het materiaal is sterker dan metaal maar toch flexibel. De ontdekkers van grafeen, Andre Geim en Konstantin Novoselov, maakten hun eerste monsters door
grafiet af te pellen met behulp van plakband, net zolang totdat ze een enkele laag koolstofatomen over hadden. Ze wonnen er in 2010 de Nobelprijs voor Natuurkunde mee.
Schaalbare productie
"De uitdaging is om een substraat te vinden dat grafeen met de juiste eigenschappen oplevert en schaalbare productie toestaat", zegt promovendus Stefano Gottardi. Een goede kandidaat voor die methode is chemical vapour deposition. Daarbij wordt met hitte koolstof uit bijvoorbeeld methaan
verdampt, waarna het reageert met een katalytisch substraat en daarop grafeen vormt. Doorgaans gebruikt men een overgangsmetaal als substraat. Een probleem daarbij is dat dit metaal een interactie met het grafeen aangaat en de bijzondere eigenschappen kan veranderen of zelfs verslechteren.
Koperfolie
Om de eigenschappen te herstellen is het daarom nodig het grafeen over te brengen op een neutrale drager, maar het overzetten van zo'n dunne laag is moeilijk en kan op zijn beurt weer beschadigingen veroorzaken. Dus werken veel wetenschappers aan de verbetering van de productie van grafeen met
behulp van overgangsmetalen, waarbij ze meestal koperfolie als substraat gebruiken.
'We zagen iets vreemds'
Binnen de afdeling Oppervlakten en Dunne Films van Gottardi's begeleiders Meike Stoehr en Petra Rudolf gebeurde dit ook. "Toen we op een keer een monster met grafeen op koper analyseerden zagen we iets vreemds", vertelt Stoehr. De metingen suggereerden dat behalve koper ook koperoxide aanwezig
was. En er leek een laagje grafeen op het koperoxide te zijn gevormd. Omdat een geoxideerd metaal de eigenschappen van grafeen niet zou moeten beinvloeden, was dit een belangrijke observatie.
Grafeen op koperoxide
De onderzoekers besloten in detail uit te zoeken wat er met het monster aan de hand was. Dat was drie jaar geleden. Sindsdien zijn Gottardi en zijn collega's er in geslaagd om met succes grafeen te laten groeien op koperoxide. Dit resultaat en een nauwkeurige analyse van de eigenschappen van
grafeen op het oxide zijn nu gepubliceerd op de website van het tijdschrift Nano Letters. Daar beschrijft het team dat het grafeen op koperoxide volledig ontkoppeld is, wat betekent dat de bijzondere elektronische eigenschappen nog helemaal intact zijn.
Commercieel interessant
Dit resultaat kan verstrekkende gevolgen hebben. Stoehr: "Andere laboratoria moeten onze bevindingen nog wel reproduceren en er zal nog een flinke inspanning nodig zijn om de groeicondities van het grafeen te verbeteren." Maar in principe zou het mogelijk moeten zijn om grote kristallen
grafeen die bestaan uit een enkel domein te laten groeien op koperoxide. Als dit inderdaad zo is, is het ook mogelijk om met lithografische technieken allerlei elektronische schakelingen te maken van het grafeen op een manier die commercieel zeer interessant is. Zo zou een onverwachte
observatie drie jaar later een nieuw tijdperk van grafeen-elektronica kunnen inleiden.
Referentie
Comparing Graphene Growth on Cu(111) versus Oxidized Cu(111), Nano Letters, DOI : 10.1021/nl5036463
Contactinformatie
Stefano Gottardi of dr. Meike Stoehr , Zernike Institute for Advanced Materials