Новый метод выращивания больших монослойных и монокристаллических плёнок графена разработан коллективом Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL) и основан на использовании «естественного отбора» между кристаллами. Возможность получать подобные плёнки длиной порядка полуметра откроет новые перспективы крупномасштабного производства и применения двумерных материалов.

Обычно, графен для лабораторных исследований получают одним из двух способов: отслаивают монослойные фрагменты от графита, или выращивают его поатомно на катализаторе осаждением из газовой фазы (Chemical Vapor Deposition, CVD). Специалисты ORNL взяли за отправную точку последний метод и внесли в него свои усовершенствования.

В журнале Nature Materials они описывают как локализованный контроль процесса CVD позволяет создать оптимальные условия для эволюционного роста больших, монокристаллических листов графена.

«Крупные целые кристаллы более механически прочны и могут иметь более высокую проводимость, — сообщил соавтор статьи, сотрудник ORNL, Иван Власюк. — Это достигается благодаря тому, что источник слабости — связи между индивидуальными доменами в поликристаллическом графене — здесь устранены».

Как и в традиционном CVD авторы направляли газообразную струю молекул углеводородного прекурсора на металлическую поликристаллическую фольгу, однако они контролировали процесс осаждения, доставляя молекулы непосредственно к краю образующейся графеновой плёнки. По мере того, как подложка сдвигалась, атомы углерода собирались в цельный кристалл графена длиной в несколько десятков сантиметров.

Ученым удалось создать среду, в которой полностью подавлялось образование новых кластеров перед фронтом роста кристалла. Температура горячей фольги-катализатора выбиралась достаточно высокой, чтобы на формируемый графен не влияла кристаллическая структура подложки, т.е., чтобы происходил неэпитаксиальный рост кристалла.

По мнению ещё одного соавтора, профессора Сергея Смирнова из Университета Нью-Мексико, нет принципиальных ограничений на длину получаемого таким образом монокристалла, его можно изготавливать непрерывно, сматывая в рулон.

Профессор Университета Райса, Борис Якобсон (Boris Yakobson), заведовавший теоретическим обеспечением этого исследования, уверен, что новый метод даст импульс применению графена и других 2D-материалов в промышленных масштабах, подобно тому, как метод вытягивания монокристаллов из расплава, открытый Яном Чхоральским, стал поворотным для становления кремниевой индустрии в 50-х годах прошлого века.