Only Perception: 一種在釕上生長石墨薄片的聰明方法

2008-07-23

一種在釕上生長石墨薄片的聰明方法

A Smarter Way to Grow Graphene
http://www.physorg.com/news129980833.html

May 14, 2008
By Laura Mgrdichian

石墨薄片（Graphene，石墨烯），是一張只有一個原子厚的碳，在電子產業中有許多潛在用途，但要製造這些理想的二維碳薄片相當困難，因是之故它們的使用到目前為止仍受到抑制。但來自於 Brookhaven 國家實驗室（BNL）的科學家也許已經找到一種方法解決此問題，設計出一種方法生產高品質的石墨薄片。

目前每一種分離石墨薄片的的方法都有問題。最常見的，稱為微機械劈理（micromechanical cleavage），在其中薄片從較大的一塊結晶體剝離，無法可靠地製造長度足供應用的石墨薄片樣本。

另一種方法，在其中一個基質的原子結構做為石墨薄片生長的種子，稱為晶膜生長（epitaxial growth，磊晶成長），無法產生厚度一致的石墨薄片層，而且石墨薄片底層與基質之間的結合也許會影響碳層的特性。

這個 Brookhaven 小組基於他們在第二種方法的技術，能夠在一種受控制的、一層又一層的方式下生長石墨薄片。他們所選擇的基質是稀有金屬釕，雖然底部的石墨薄片層與它產生強烈交互作用，但是上面一層幾乎完全分離，只有微弱的電力與之耦合，而且行為十分類似獨立自主的石墨薄片。

"第二層保留石墨薄片與生俱來的電子結構，" Brookhaven 物理學家 Peter Sutter 表示，他領導此研究。"因此，我們的發現也許意味著尋找已久的路徑，朝向合理化石墨薄片合成以及用於電子裝置及感應器之高品質石墨薄片的創造。"

石墨薄片有數種特性，使其為電子學所嚮往，包括它相當高的載體遷移率（carrier mobility）-- 亦即電子在石墨薄片中可以漫步而非無拘束。石墨薄片能回應單一個氣體分子，使它成為感應器中具有吸引力的偵測器材料。

Brookaven 小組的生長過程發生在高溫下。為了要開始，研究者藉由將整個樣本加熱到攝氏 1150 度，致使碳原子得以被吸收在釕之內。樣本接著冷卻到攝氏 850 度，那導致大量被吸收的碳上升到釕表面。這些碳形成單層透鏡形的島狀物，大約寬 100 微米，在整個基質表面形成點點。

最終，這些島狀物長成完整的石墨薄片第一層。大約在 80% 的覆蓋率之下，第二層開始生長。

Sutter 與他的小組觀察這種生長，並利用各種儀器研究石墨薄片的特性，包括 SEM 與低能電子顯微鏡。

※ 相關報導：

＊ Epitaxial graphene on ruthenium
http://www.nature.com/nmat/journal/v7/n5/abs/nmat2166.htm