La même équipe, du Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) d'IBS, avait déjà signalé des films de graphène sans couche d'adhésif monocristallin, mais ils contenaient toujours de longs plis (voir diagramme) qui se forment à partir de rides hautes lorsque le graphène refroidit après la croissance.
Ces plis gâchent les performances des transistors à effet de champ fabriqués par la suite à partir du graphène, et affaiblissent également le film mécaniquement.
À l'époque, la croissance utilisait du méthane à environ 1,320 111K sur des feuilles de cuivre (Cu(XNUMX)).
Une étude détaillée a montré que les plis se sont formés pendant le refroidissement à ou au-dessus de 1,020 XNUMX K, les chercheurs ont donc entrepris de faire pousser du graphène en dessous de cela et ont mis au point une technique utilisant une surface de croissance en alliage fait maison et un mélange gazeux différent.
«Cette percée était due à de nombreux facteurs contributifs, notamment l'ingéniosité humaine et la capacité des chercheurs de la CMCM à fabriquer de manière reproductible des feuilles de Cu-Ni(111) monocristallines de grande surface, sur lesquelles le graphène a été cultivé par dépôt chimique en phase vapeur à l'aide d'un mélange de de l'éthylène avec de l'hydrogène dans un flux de gaz argon », a révélé Rod Ruoff, directeur de CMCM.
"Ce film de graphène sans pli se forme comme un monocristal sur l'ensemble du substrat de croissance, car il montre une orientation unique sur les modèles LEED [large-area low-energy electron diffraction]", a déclaré le chercheur Seong Won Kyung.
Les FET au graphène modelés sur le graphène presque parfait, dans une variété d'orientations par rapport au graphène, ont montré des "performances remarquablement uniformes", selon l'Institut, avec des mobilités moyennes des électrons et des trous à température ambiante de 7 × 103cm2/Vs.
"De telles performances remarquablement uniformes sont possibles car le film de graphène sans pli est un monocristal pratiquement sans imperfections", a déclaré Yunqing Li, chercheur à l'Institut national des sciences et des sciences d'Ulsan. Technologie (UNIST), avec lequel la CMCM a travaillé.
Le processus fonctionne sur 1,000 1,030 à 40 70 K et à des échelles : avec du graphène presque parfait cultivé simultanément des deux côtés de cinq feuilles CuNi de 150 x XNUMX mm dans un four à quartz de XNUMX mm construit par IBS.
Le transfert par bullage électrochimique a libéré les couches de graphène, laissant les feuilles prêtes à être réutilisées - après cinq cycles de croissance, la perte nette d'alliage des feuilles était de 100 μg.
Il s'est avéré que des régions de « bords de marche groupés » se développent entre des plateaux de monocristaux et que ces régions se délaminent, permettant au matériau de se détacher du substrat. "Nous avons découvert que le regroupement par étapes d'une surface de feuille de Cu-Ni (111) se produit soudainement à environ 1,030 1030 K, et cette reconstruction de surface est la raison pour laquelle la température de croissance critique du graphène sans pli est d'environ XNUMX K ou moins", dit Ruoff.
L'Institut s'attend à ce que le graphène presque parfait soit utilisé, tel quel ou empilé avec d'autres matériaux 2D, en R&D vers des dispositifs électroniques, photoniques, mécaniques et thermiques. L'empilement est particulièrement pratique car le graphène peut être transféré de la feuille de CuNi à un autre substrat en moins d'une minute.
Le travail a été publié dans Nature.