In recente jaren, atomair vlakke gelaagde materialen hebben veel aandacht gekregen vanwege hun vooruitzichten voor het bouwen van high-speed en low-power elektronica. Het meest bekend onder die materialen is grafeen, een enkele laag koolstofatomen. Een van de unieke eigenschappen van deze familie van materialen is dat ze op elkaar kunnen worden gestapeld als Lego-stukken om kunstmatige elektronische materialen te maken.

Echter, terwijl deze van der Waals (vdW) heterostructuren cruciaal zijn voor veel wetenschappelijke studies en technologische toepassingen van gelaagde materialen, efficiënte methoden voor het bouwen van diverse vdW-heterostructuren ontbreken nog.

Een team van onderzoekers heeft een veelzijdige methode gevonden voor de constructie van hoogwaardige vdW-heterostructuren. Het werk is een samenwerking tussen het laboratorium van Davood Shahrjerdi, een professor in Electrical and Computer Engineering aan de NYU Tandon School of Engineering en een faculteitslid van NYU WIRELESS; een groep onder leiding van Javad Shabani bij het Center for Quantum Phenomena, New York Universiteit; en Kenji Watanabe en Takashi Taniguchi van het National Institute for Materials Science, Japan. Hun studie werd deze week gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Een cruciale stap voor het bouwen van vdW grafeen heterostructuren is de productie van grote monolaag grafeenvlokken op een substraat, een proces dat mechanische 'afschilfering' wordt genoemd. De operatie omvat vervolgens het overbrengen van de grafeenvlokken naar een doellocatie voor de assemblage van de vdW-heterostructuur. Een optimaal substraat zou het daarom mogelijk maken om grote vlokken monolaag grafeen efficiënt en consistent te exfoliëren en vervolgens on-demand vrij te geven voor het construeren van een vdW-heterostructuur.

Het onderzoeksteam paste een eenvoudige maar elegante oplossing toe voor deze uitdaging door het gebruik van een dual-function polymere film met een dikte van minder dan vijf nanometer (minder dan 1/10, 000ste van de breedte van een mensenhaar). Deze modificatie stelt hen in staat om de filmeigenschappen zodanig te "tunen" dat het de afschilfering van monolaag grafeen bevordert. Vervolgens, voor de Lego-achtige montage, ze lossen de polymere film onder het monolaag grafeen op met een druppel water, vrijmaken van grafeen van het substraat.

"Onze bouwmethode is eenvoudig, hoge opbrengst, en generaliseerbaar naar verschillende gelaagde materialen, ", legt Shahrjerdi uit. "Het stelde ons in staat om de exfoliatiestap te optimaliseren, onafhankelijk van de laagoverdrachtstap en vice versa, resulterend in twee belangrijke resultaten:een consistente exfoliatiemethode voor het produceren van grote monolaagvlokken en een hoogrenderende laagoverdracht van geëxfolieerde vlokken. Ook, door grafeen als modelmateriaal te gebruiken, we hebben verder de opmerkelijke materiaal- en elektronische eigenschappen van de resulterende heterostructuren vastgesteld."