(Phys.org) —Graphene, uma camada de carbono de um átomo de espessura com extraordinária condutividade e força, é uma promessa para uma variedade de aplicações, mas, para realizar seu potencial, os cientistas precisam aperfeiçoar as técnicas para ajustar suas propriedades. O crescimento de grafeno em prata em ultra-alto vácuo pode resultar em uma amostra excepcionalmente pura, apresentando oportunidades para eletrônicos ultrarrápidos e ótica avançada, mas os métodos atuais para o cultivo de grafeno em metais não tiveram sucesso com a prata.

Pesquisadores da Northwestern University e do Argonne National Laboratory superaram recentemente essas limitações, demonstrando o primeiro crescimento de grafeno em um substrato de prata de cristal único. Seu método pode avançar dispositivos ópticos baseados em grafeno e permitir a interface do grafeno com outros materiais bidimensionais.

O estudo foi publicado hoje (15 de novembro) na revista. Nature Communications .

"A prata é um material amplamente utilizado para melhorar as propriedades ópticas, "disse Mark Hersam da Northwestern, um co-autor do artigo. "Mais recentemente, o grafeno surgiu como uma plataforma promissora para tecnologias ópticas. Com nosso recente desenvolvimento de um método para o cultivo de grafeno em prata, agora podemos explorar os melhores atributos do grafeno e da prata ao mesmo tempo. "

Hersam é professor de ciência de materiais e engenharia e cadeira Bette e Neison Harris em Excelência em Ensino na Escola McCormick de Engenharia e Ciências Aplicadas da Northwestern e diretor do Centro de Pesquisa de Materiais da Universidade Northwestern.

Embora o grafeno seja convencionalmente cultivado em uma superfície de metal por meio da decomposição catalítica de hidrocarbonetos a temperaturas elevadas, este método é ineficaz para substratos de prata porque os substratos são quimicamente inertes e têm um ponto de fusão relativamente baixo.

Usando uma fonte de carbono de grafite, os pesquisadores da Northwestern e da Argonne foram capazes de cultivar grafeno depositando carbono atômico, em vez de um precursor molecular baseado em carbono, no substrato. O crescimento contornou a necessidade de uma superfície quimicamente ativa e permitiu aos pesquisadores perceber o crescimento do grafeno em temperaturas mais baixas.

"O crescimento e a transferência do grafeno para uma variedade de substratos permitiram que o grafeno transformasse inúmeros campos científicos, "disse Brian Kiraly, um estudante de graduação da Northwestern em ciência de materiais e engenharia que trabalhou na pesquisa com Hersam e Nathan Guisinger, um cientista da equipe de Argonne.

"Contudo, técnicas convencionais levam a problemas de contaminação e não são compatíveis com os ambientes de vácuo ultra-limpos necessários para o crescimento dos materiais 2-D mais recentes, "disse ele." Ao cultivar grafeno diretamente na prata sob vácuo, nós fornecemos uma superfície atomicamente pura para tecnologias avançadas baseadas em grafeno. "

Os pesquisadores também descobriram que o grafeno que cultivaram foi desacoplado eletronicamente do substrato de prata subjacente, permitindo que as propriedades intrínsecas do grafeno sejam estudadas e exploradas diretamente no substrato de crescimento; esta característica não foi observada anteriormente com grafeno cultivado em outros metais. Os pesquisadores observaram um espalhamento único de elétrons em forma de onda nas bordas do grafeno, que antes havia sido observado apenas em substratos isolantes.

Trabalhos recentes sobre a integração do grafeno com outros materiais 2-D - uma etapa vital para o desenvolvimento de circuitos baseados em grafeno e outras tecnologias - geraram melhorias nas propriedades do grafeno e o surgimento de novas propriedades distintas do grafeno isolado. O desenvolvimento de grafeno em prata permite aos pesquisadores sondar interfaces de grafeno com um novo material 2-D, siliceno, que é quase exclusivamente cultivado em prata.