Tim yang sama, dari Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) IBS, sebelumnya telah melaporkan film graphene bebas-adlayer kristal tunggal, tetapi mereka selalu mengandung lipatan panjang (lihat diagram) yang terbentuk dari kerutan tinggi saat graphene mendingin setelah pertumbuhan.
Lipatan ini merusak kinerja transistor efek medan yang kemudian dibuat dari graphene, dan juga melemahkan film secara mekanis.
Pada saat itu, pertumbuhan menggunakan metana pada ~1,320K pada foil tembaga (Cu(111)).
Studi terperinci menunjukkan lipatan yang terbentuk selama pendinginan pada atau di atas 1,020K, sehingga para peneliti mulai menumbuhkan graphene di bawah ini, dan menghasilkan teknik menggunakan permukaan penumbuhan paduan buatan sendiri dan campuran gas yang berbeda.
“Terobosan ini disebabkan oleh banyak faktor yang berkontribusi, termasuk kecerdikan manusia dan kemampuan peneliti CMCM untuk membuat foil Cu-Ni (111) kristal tunggal area luas secara berulang, di mana graphene ditanam dengan deposisi uap kimia menggunakan campuran etilen dengan hidrogen dalam aliran gas argon,” ungkap Rod Ruoff, direktur CMCM.
“Film graphene bebas lipatan ini terbentuk sebagai kristal tunggal di seluruh substrat pertumbuhan karena menunjukkan orientasi tunggal pada pola LEED [difraksi elektron berenergi rendah area besar],” kata rekan peneliti Seong Won Kyung.
Graphene FET berpola pada graphene yang hampir sempurna, dalam berbagai orientasi sehubungan dengan graphene, menunjukkan "kinerja yang sangat seragam", menurut Institute, dengan mobilitas elektron dan lubang suhu kamar rata-rata 7 × 103cm2/V/dtk.
“Kinerja yang sangat seragam seperti itu dimungkinkan karena film graphene bebas lipatan adalah kristal tunggal yang pada dasarnya tidak memiliki ketidaksempurnaan,” kata Yunqing Li, peneliti dari Institut Sains Nasional Ulsan dan Teknologi (UNIST), tempat CMCM bekerja.
Proses ini bekerja pada 1,000 hingga 1,030K dan penskalaan: dengan graphene yang hampir sempurna ditanam secara bersamaan di kedua sisi dari lima foil CuNi 40 x 70mm dalam tungku kuarsa 150mm yang dibuat oleh IBS.
Transfer gelembung elektrokimia mengangkat lapisan graphene bebas, meninggalkan foil siap digunakan kembali - setelah lima siklus pertumbuhan, kehilangan bersih paduan dari foil adalah 100μg.
Terjadi bahwa daerah 'tepi langkah berkelompok' tumbuh di antara dataran tinggi kristal tunggal, dan daerah ini mengalami de-laminasi, memungkinkan material memanjat dari substrat. “Kami menemukan bahwa step-bunching permukaan foil Cu-Ni (111) tiba-tiba terjadi pada sekitar 1,030K, dan rekonstruksi permukaan ini adalah alasan mengapa suhu pertumbuhan kritis graphene bebas lipatan berada pada ~1030 K atau di bawahnya,” kata Ruof.
Institut mengharapkan graphene yang hampir sempurna untuk digunakan, seperti atau ditumpuk dengan bahan 2D lainnya, dalam R&D menuju perangkat elektronik, fotonik, mekanik dan termal. Penumpukan sangat mudah karena graphene dapat dipindahkan dari foil CuNi ke substrat lain dalam waktu kurang dari satu menit.
Karya tersebut telah diterbitkan di Nature.