(Phys.org) —Graphene, una capa de carbono de un átomo de espesor con extraordinaria conductividad y resistencia, es prometedor para una amplia gama de aplicaciones, pero para darse cuenta de su potencial, los científicos deben perfeccionar técnicas para ajustar sus propiedades. Cultivar grafeno sobre plata en un vacío ultra alto podría dar como resultado una muestra excepcionalmente prístina, presentando oportunidades para electrónica ultrarrápida y óptica avanzada, pero los métodos actuales para cultivar grafeno en metales no han tenido éxito con la plata.

Investigadores de la Universidad Northwestern y el Laboratorio Nacional Argonne han superado recientemente estas limitaciones, demostrando el primer crecimiento de grafeno en un sustrato de plata monocristalina. Su método podría hacer avanzar los dispositivos ópticos basados ​​en grafeno y permitir la interconexión del grafeno con otros materiales bidimensionales.

El estudio se publica hoy (15 de noviembre) en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"La plata es un material muy utilizado para mejorar las propiedades ópticas, "dijo Mark Hersam de Northwestern, coautor del artículo. "Más recientemente, el grafeno se ha convertido en una plataforma prometedora para las tecnologías ópticas. Con nuestro reciente desarrollo de un método para cultivar grafeno en plata, ahora podemos explotar los mejores atributos del grafeno y la plata al mismo tiempo ".

Hersam es profesor de ciencia e ingeniería de materiales y Cátedra Bette y Neison Harris de Excelencia Docente en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de Northwestern y director del Centro de Investigación de Materiales de la Universidad de Northwestern.

Mientras que el grafeno se cultiva convencionalmente sobre una superficie metálica mediante la descomposición catalítica de hidrocarburos a temperaturas elevadas, este método es ineficaz para los sustratos de plata porque los sustratos son químicamente inertes y tienen un punto de fusión relativamente bajo.

Usando una fuente de carbono de grafito, Los investigadores de Northwestern y Argonne pudieron cultivar grafeno depositando carbono atómico, en lugar de un precursor molecular a base de carbono, sobre el sustrato. El crecimiento evitó la necesidad de una superficie químicamente activa y permitió a los investigadores realizar el crecimiento del grafeno a temperaturas más bajas.

"El crecimiento y la transferencia del grafeno a una variedad de sustratos ha permitido que el grafeno transforme innumerables campos científicos, "dijo Brian Kiraly, un estudiante graduado de Northwestern en ciencia e ingeniería de materiales que trabajó en la investigación con Hersam y Nathan Guisinger, un científico de planta en Argonne.

"Sin embargo, Las técnicas convencionales provocan problemas de contaminación y no son compatibles con los entornos de vacío ultralimpios necesarios para el crecimiento de los últimos materiales 2-D. ", dijo." Al cultivar grafeno directamente sobre plata al vacío, proporcionamos una superficie atómicamente prístina para tecnologías avanzadas basadas en grafeno ".

Los investigadores también encontraron que el grafeno que cultivaron estaba desacoplado electrónicamente del sustrato de plata subyacente. permitir que se estudien y exploten las propiedades intrínsecas del grafeno directamente sobre el sustrato de crecimiento; esta característica no se había observado previamente con el grafeno cultivado en otros metales. Los investigadores observaron una dispersión de electrones en forma de onda única en los bordes del grafeno que anteriormente solo se había observado en sustratos aislantes.

El trabajo reciente sobre la integración del grafeno con otros materiales 2-D, un paso vital para el desarrollo de circuitos basados ​​en grafeno y otras tecnologías, ha producido mejoras en las propiedades del grafeno y la aparición de nuevas propiedades distintas del grafeno aislado. El desarrollo de grafeno sobre plata permite a los investigadores probar las interfaces de grafeno con un nuevo material 2-D, silicene, que se cultiva casi exclusivamente en plata.