Onderzoekers in Japan hebben een manier gevonden om twee materialen te vormen, elk gemaakt van drie lagen grafeen. Het grafeen van elk materiaal is anders gestapeld en heeft unieke elektrische eigenschappen. Hun werk heeft gevolgen voor de ontwikkeling van nieuwe elektronische apparaten, zoals fotosensoren die licht omzetten in elektrische energie.

In 2004, twee wetenschappers realiseerden zich dat ze een enkele laag koolstofatomen hadden geïsoleerd op plakband dat werd gebruikt om een ​​grafietkristal te reinigen. Vanaf dat moment, grafeen spreekt tot de verbeelding van onderzoekers vanwege zijn fascinerende eigenschappen. Het is 200 keer sterker dan staal, is zeer flexibel, en het is een uitstekende geleider van elektriciteit.

De koolstofatomen van grafeen zijn gerangschikt in zeshoeken, vormen een honingraatachtig rooster. Het plaatsen van de ene laag grafeen op de andere leidt tot de vorming van dubbellaags grafeen. De lagen kunnen in een van twee posities worden gerangschikt:de middelpunten van de koolstofzeshoeken van elke laag kunnen direct boven elkaar worden georganiseerd, genaamd AA-stapelen, of ze kunnen naar voren worden verplaatst, zodat een zeshoekig centrum in één laag zich boven een koolstofatoom eronder bevindt, AB-stapelen genoemd. AB-stapeling van twee lagen grafeen leidt tot de vorming van een materiaal met halfgeleidende eigenschappen door het aanleggen van een extern elektrisch veld.

Het bewust stapelen van drie lagen grafeen is moeilijk gebleken. Maar dit zou onderzoekers kunnen helpen bestuderen hoe de fysieke eigenschappen van drielagige materialen veranderen op basis van stapeloriëntatie. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe elektrische apparaten. Onderzoekers van de Japanse Tohoku University en Nagoya University hebben nu twee verschillende soorten drielaags grafeen gefabriceerd met verschillende elektrische eigenschappen.

Ze verwarmden siliciumcarbide met behulp van een van de twee methoden. In een experiment, siliciumcarbide werd verwarmd tot 1, 510°C onder argon onder druk. In een andere, het werd verwarmd tot 1, 300°C in hoog vacuüm. Beide materialen werden vervolgens besproeid met waterstofgas waarin de bindingen werden verbroken om enkele waterstofatomen te vormen. Er vormden zich toen twee soorten drielaags grafeen. Het siliciumcarbide verwarmd onder argon onder druk vormde zich tot ABA-gestapeld grafeen, waarin de zeshoeken van de bovenste en onderste lagen precies waren uitgelijnd terwijl de middelste laag enigszins was verplaatst. Het in vacuüm verwarmde siliciumcarbide ontwikkelde zich tot ABC-gestapeld grafeen, waarbij elke laag iets verplaatst was voor de laag eronder.

De onderzoekers onderzochten vervolgens de fysieke eigenschappen van elk materiaal en ontdekten dat hun elektronen zich anders gedroegen. Het ABA-grafeen was een uitstekende elektrische geleider, vergelijkbaar met monolaag grafeen. Het ABC-grafeen, anderzijds, werkt meer als AB-grafeen omdat het halfgeleidereigenschappen had.

"Het huidige succes in selectieve fabricage van ABA- en ABC-drielaags grafeen zou de haalbaarheid van op grafeen gebaseerde nano-elektronische apparaten met variabele laagnummers en stapelsequenties vergroten, " concluderen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift NPG Azië-materialen .