A mesma equipe, do Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono do IBS (CMCM), havia relatado anteriormente filmes de grafeno sem camada de camada de cristal único, mas eles sempre continham dobras longas (veja o diagrama) que se formam a partir de rugas altas à medida que o grafeno esfria após o crescimento.
Essas dobras prejudicam o desempenho dos transistores de efeito de campo subsequentemente feitos de grafeno e também enfraquecem o filme mecanicamente.
Na época, o crescimento estava usando metano a ~ 1,320K em folhas de cobre (Cu (111)).
Um estudo detalhado mostrou as dobras formadas durante o resfriamento a ou acima de 1,020 K, então os pesquisadores começaram a cultivar grafeno abaixo disso e criaram uma técnica usando uma superfície de crescimento de liga feita em casa e uma mistura de gás diferente.
“Este avanço foi devido a muitos fatores contribuintes, incluindo a engenhosidade humana e a capacidade dos pesquisadores do CMCM de fazer folhas de Cu-Ni (111) de cristal único de grande área, nas quais o grafeno foi cultivado por deposição química de vapor usando uma mistura de etileno com hidrogênio em uma corrente de gás argônio ”, revelou Rod Ruoff, diretor da CMCM.
“Este filme de grafeno sem dobras se forma como um único cristal sobre todo o substrato de crescimento porque mostra uma única orientação sobre os padrões LEED [difração de elétrons de baixa energia de grande área]”, disse o pesquisador Seong Won Kyung.
FETs de grafeno padronizados no grafeno quase perfeito, em uma variedade de orientações em relação ao grafeno, mostraram "desempenho notavelmente uniforme", de acordo com o Instituto, com média de mobilidades de elétrons e buracos em temperatura ambiente de 7 × 103cm2/ V / s.
“Esse desempenho notavelmente uniforme é possível porque o filme de grafeno livre de dobras é um único cristal essencialmente sem imperfeições”, disse Yunqing Li, pesquisador do Instituto Nacional de Ciência e Ciência de Ulsan. Equipar (UNIST), com a qual trabalhou a CMCM.
O processo funciona em 1,000 a 1,030K e escalas: com grafeno quase perfeito cultivado simultaneamente em ambos os lados de cinco folhas CuNi de 40 x 70 mm em um forno de quartzo de 150 mm construído pela IBS.
A transferência de borbulhamento eletroquímico liberou as camadas de grafeno, deixando as folhas prontas para reutilização - após cinco ciclos de crescimento, a perda líquida de liga das folhas foi de 100μg.
Descobriu-se que as regiões de 'borda de degrau agrupada' crescem entre planaltos de cristal único e essas regiões desfiaminadas, permitindo que o material escale para fora do substrato. “Descobrimos que o agrupamento em degraus de uma superfície de folha de Cu-Ni (111) ocorre repentinamente a cerca de 1,030 K, e essa reconstrução da superfície é a razão pela qual a temperatura crítica de crescimento do grafeno livre de dobras é de ~ 1030 K ou menos”, disse Ruoff.
O Instituto espera que o grafeno quase perfeito seja usado, tal como está ou empilhado com outros materiais 2D, em P&D para dispositivos eletrônicos, fotônicos, mecânicos e térmicos. O empilhamento é particularmente conveniente, pois o grafeno pode ser transferido da folha CuNi para outro substrato em menos de um minuto.
O trabalho foi publicado na Nature.