Os físicos da Forschungszentrum Jülich desenvolveram um critério com o qual os cientistas podem procurar materiais de substrato adequados para o grafeno de uma forma direcionada. As interações com o material do substrato geralmente levam à perda das incríveis propriedades que caracterizam essa forma especial de carbono. Junto com parceiros de outras instituições, os cientistas conseguiram demonstrar que a influência exercida pelo substrato nas propriedades eletrônicas do grafeno pode ser estimada por meio de um parâmetro estrutural simples. A publicação relacionada foi escolhida como sugestão do editor da revista Cartas de revisão física .

Mais duro que diamante, mais resistente do que o aço e muitas vezes mais condutor do que o silício - essas e outras propriedades extraordinárias são a razão pela qual o grafeno é intensamente estudado em todo o mundo. O material tem apenas uma camada atômica de espessura. Seu uso, Contudo, está até agora limitado principalmente a experimentos de laboratório. Uma das principais tarefas no caminho para as aplicações práticas é a busca de materiais de substrato adequados, sem os quais o material extremamente fino é de pouca utilidade.

"Queríamos apenas encontrar um parâmetro acessível que pudesse ser usado para comparar diferentes substratos diretamente, "relata o Dr. François Bocquet." O critério decisivo acabou sendo a distância atômica entre a camada de grafeno e o substrato subjacente, "explica o físico e pós-doutorado Helmholtz no Instituto Peter Grünberg de Jülich (PGI-3).

Considerando o raio de van der Waals - um valor conhecido para o tamanho dos átomos em seu estado livre - a intensidade da interação pode ser calculada diretamente a partir da distância. Simulações de computador realizadas por cientistas do Instituto Berlin Fritz Haber da Max Planck Society confirmam esse resultado.

Medições altamente precisas com raios-X

Na fonte de radiação síncrotron Diamond em Didcot, Oxfordshire, REINO UNIDO, François Bocquet e seus colegas usaram raios-X para medir a distância entre o grafeno e seu substrato com uma precisão até a faixa de picômetro. Um picômetro corresponde a um milésimo de nanômetro, ou seja, um bilionésimo de milímetro. Diferenças de comprimento muito menores do que o diâmetro atômico podem, portanto, ser determinadas.

Os cientistas usaram carboneto de silício com hidrogênio aplicado em sua superfície como uma amostra. Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido em Stuttgart desenvolveram o material semicondutor especialmente preparado há alguns anos para uso como substrato para o grafeno. Em contraste com os substratos metálicos usuais, uma camada de grafeno depositada neste material é praticamente livre de interação e, portanto, mantém suas propriedades elétricas extraordinárias.

“Com o surgimento desta nova classe de substratos, era hora de um novo critério com o qual até mesmo interações muito fracas podem ser detectadas com precisão, "explica o diretor do Instituto Jülich Peter Grünberg, Prof. Stefan Tautz, que chefia o subinstituto Nanoestruturas Funcionais em Superfícies (PGI-3). “Com as técnicas disponíveis até agora, por exemplo, espectroscopia de fotoelétrons, o grau de interação com o substrato só poderia ser deduzido indiretamente. Títulos tão fracos como esses dificilmente poderiam ser detectados. "