Het opmerkelijke materiaal grafeen belooft een breed scala aan toepassingen in toekomstige elektronica die de traditionele siliciumtechnologie zou kunnen aanvullen of vervangen. Onderzoekers van de Electronic Properties of Materials Group aan de Universiteit van Wenen hebben nu de weg vrijgemaakt voor de integratie van grafeen in de huidige op silicide gebaseerde technologie. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in het nieuwe open access tijdschrift van de Nature Publishing-groep, Wetenschappelijke rapporten .

De unieke eigenschappen van grafeen zoals zijn ongelooflijke sterkte en, tegelijkertijd, het geringe gewicht heeft hoge verwachtingen gewekt in de moderne materiaalwetenschap. grafeen, een tweedimensionaal kristal van koolstofatomen verpakt in een honingraatstructuur, is het onderwerp geweest van intensief onderzoek dat in 2010 heeft geleid tot een Nobelprijs voor Natuurkunde. Een grote uitdaging is om grafeen met succes te integreren in de gevestigde metaal-silicidetechnologie. Wetenschappers van de Universiteit van Wenen en hun medewerkers van onderzoeksinstituten in Duitsland en Rusland zijn erin geslaagd een nieuwe structuur van hoogwaardige metaalsiliciden te fabriceren, allemaal mooi bedekt en beschermd onder een grafeenlaag. Deze tweedimensionale platen zijn zo dun als enkele atomen.

In de voetsporen van Einstein

Om de basiseigenschappen van de nieuwe structuur te ontdekken, moeten de wetenschappers hun toevlucht nemen tot krachtige meettechnieken die gebaseerd zijn op een van Einsteins briljante ontdekkingen:het foto-elektrisch effect. Wanneer een lichtdeeltje interageert met een materiaal, kan het al zijn energie overdragen aan een elektron in dat materiaal. Als de energie van het licht groot genoeg is, het elektron krijgt genoeg energie om uit het materiaal te ontsnappen. Met hoekopgeloste foto-emissiespectroscopie (ARPES) kunnen de wetenschappers waardevolle informatie over de elektronische eigenschappen van het materiaal extraheren door de hoek te bepalen waaronder de elektronen uit het materiaal ontsnappen. "Dikke lagen van één atoom en daaruit gemaakte hybride materialen stellen ons in staat een schat aan nieuwe elektronische fenomenen te bestuderen en de gemeenschap van materiaalwetenschappers te blijven fascineren. De ARPES-methode speelt een sleutelrol bij deze inspanningen", zeggen Alexander Grueneis en Nikolay Verbitskiy, leden van de Electronic Properties of Materials Group aan de Universiteit van Wenen en co-auteurs van de studie.

Grafeen houdt zijn hoofd omhoog

De met grafeen bedekte siliciden die worden onderzocht, zijn betrouwbaar beschermd tegen oxidatie en kunnen een breed scala aan elektronische materialen en apparaattoepassingen dekken. Het belangrijkste is, de grafeenlaag zelf interageert nauwelijks met de onderliggende siliciden en de unieke eigenschappen van grafeen blijven op grote schaal behouden. Het werk van het onderzoeksteam, daarom, belooft een slimme manier om grafeen op te nemen met bestaande metaalsilicidetechnologie die een breed scala aan toepassingen vindt in halfgeleiderapparaten, spintronica, fotovoltaïsche en thermo-elektriciteit.