Investigadores del Centro de Penn State's Center for Two-Dimensional and Layered Materials y la Universidad de Texas en Dallas han demostrado la capacidad de cultivar productos de alta calidad, materiales de una sola capa uno encima del otro mediante deposición química de vapor. Esta técnica altamente escalable, de uso frecuente en la industria de los semiconductores, puede producir nuevos materiales con propiedades únicas que podrían aplicarse a las células solares, ultracondensadores para almacenamiento de energía, o transistores avanzados para electrónica energéticamente eficiente, entre muchas otras aplicaciones.

"La gente ha estado tratando de apilar estos materiales en capas utilizando el método de la cinta adhesiva (un método de exfoliación desarrollado por los premios Nobel Novoselov y Geim para producir grafeno), pero que deja residuos en las capas y no es escalable, "explica Joshua Robinson de Penn State, autor correspondiente de un artículo reciente publicado en línea en ACS Nano . Otros grupos han utilizado el método de deposición de vapor químico para cultivar materiales en capas sobre un sustrato de cobre, pero este método requiere algunas técnicas sofisticadas para transferir el material en capas a un sustrato más funcional sin causar rasgaduras o contaminación.

Robinson y sus colegas emplearon un método más directo, utilizando deposición química de vapor para hacer crecer una capa de grafeno epitaxial casi autónomo (QFEG) sobre un sustrato de carburo de silicio, seguido de una capa de bisulfuro de molibdeno (MoS2), un compuesto de dicalcogenuro metálico ampliamente utilizado como lubricante. Para probar la calidad del MoS2 en grafeno, los investigadores utilizaron el material para construir un dispositivo fotodetector para medir la eficiencia del material en capas para convertir fotones en electrones. Descubrieron que la respuesta del material MoS2 / QFEG era 100 veces mayor que la del MoS2 solo.

Para dispositivos, el método QFEG, que introduce una capa de átomos de hidrógeno entre el sustrato y el grafeno y, por lo tanto, desacopla la capa de grafeno del carburo de silicio subyacente, demostró ser una mejor opción que el grafeno recién crecido más estándar. Robinson dice:"En general, QFEG es más interesante, y desde el punto de vista de un dispositivo, es fundamental ".

Para ver si el grafeno cuasi independiente era una plantilla adecuada para el crecimiento de otras capas atómicas apiladas artificialmente, el equipo sintetizó otros dos sólidos de van der Waals:diselenuro de tungsteno, y nitruro de boro hexagonal. (Los sólidos de van der Waals tienen una fuerte unión en el plano pero una unión entre capas débil). Determinaron que el grafeno epitaxial era "un candidato excelente para construir sólidos vdW de gran área que tendrán propiedades y rendimientos extraordinarios".

La industria ya ha mostrado un gran interés en materiales en capas 2D para aplicaciones de RF, semiconductores de bajo consumo y bajo coste, y para expositores sobre sustratos flexibles. "Este es el primer paso, ", Dice Robinson." Para controlar verdaderamente las propiedades, necesitaremos observar una variedad de estos sistemas que deberían resultar tener propiedades completamente nuevas cuando se apilan ".