Toepassing van grafeen in elektronica dichterbij

Grafeen wordt meestal gemaakt met chemical vapour deposition, waarbij met hitte koolstof wordt verdampt uit bijvoorbeeld methaan, wat vervolgens reageert met een katalytisch substraat. Doorgaans gebruikt men een overgangsmetaal als substraat. Een probleem daarbij is dat dit metaal een interactie met het grafeen aangaat en de eigenschappen kan veranderen. Het grafeen moet daarom worden overgebracht op een neutrale drager. Maar het overzetten van zo’n dunne laag is moeilijk en kan ook weer beschadigingen veroorzaken.

Koperoxide

Daarom werken veel wetenschappers aan de verbetering van de productie van grafeen met behulp van overgangsmetalen, waarbij ze meestal koperfolie als substraat gebruiken. Zo ook in Groningen. Stöhr: "Toen we op een keer een monster met grafeen op koper analyseerden zagen we iets vreemds. De metingen suggereerden dat behalve koper ook koperoxide aanwezig was. En er leek een laagje grafeen op het koperoxide te zijn gevormd. Omdat een geoxideerd metaal de eigenschappen van grafeen niet zou moeten beïnvloeden, was dit een belangrijke observatie."

De Groningse onderzoekers besloten in detail uit te zoeken wat er met het monster aan de hand was. Dat was drie jaar geleden en sindsdien zijn de onderzoekers er in geslaagd om grafeen succesvol te laten groeien op koperoxide. Het grafeen is volledig ontkoppeld, waardoor de bijzondere elektronische eigenschappen nog helemaal intact zijn.

Allerlei elektronische schakelingen

Dit resultaat kan verstrekkende gevolgen hebben. Stöhr: "Andere laboratoria moeten onze bevindingen nog wel reproduceren en er zal nog een flinke inspanning nodig zijn om de groeicondities van het grafeen te verbeteren. Maar in principe zou het mogelijk moeten zijn om grote kristallen grafeen die bestaan uit één enkel domein te laten groeien op koperoxide. Als dit inderdaad zo is, is het ook mogelijk om met lithografische technieken allerlei elektronische schakelingen te maken van het grafeen op een manier die commercieel zeer interessant is. Zo zou onze onverwachte observatie een nieuw tijdperk van grafeen-elektronica kunnen inleiden."