NATURE | ملخصات الأبحاث

نمو فوقي عن بُعْد بالجرافين يمكِّن من نقل طبقات ذات أساس مادي ثنائي الأبعاد 

Y Kim et al

Nature (2017) doi:10.1038/nature22053 | Published online | English article

يُعَدّ النمو الفوقي (نمو مادة بلورية على ركيزة) أمرًا بالغ الأهمية في صناعة أشباه الموصلات، ولكنه غالبًا ما يكون محدودًا، بسبب الحاجة إلى مطابقة الشبيكة البلورية بين نظامي مادتين. تقل صرامة هذا الشرط بالنمو الفوقي الفان دير فالسي، الذي يتم فيه تنصيب مواد طبقية أو ثنائية الأبعاد بواسطة تفاعلات فان دير فالس الضعيفة، حيث يسمح بتحرر طبقة سطحية من سطوح ثنائية الأبعاد. كان يُعتقد أن المواد ثنائية الأبعاد هي طبقات الأساس الوحيدة للنمو الفوقي الفان دير فالسي. ومع ذلك.. فإن الركائز القابعة تحت المواد ثنائية الأبعاد قد تظل تتفاعل مع الطبقات التي نمت خلال النمو الفوقي (طبقات نمو فوقي)، كما في الحالة التي تُسمى شفافية الترطيب الموثقة للجرافين. يبيِّن الباحثون أن مجال جهد فان دير فالس الضعيف للجرافين لا يمكن أن يحجب تمامًا مجالات الجهد القوية للعديد من الركائز، التي تمكِّن النمو الفوقي من الحدوث، على الرغم من وجودها. واستخدموا حسابات نظرية الكثافة الوظيفية، للبرهنة على أن ذرات البلورة السطحية ستشهد تسجيل نمو فوقي عن بُعْد مع الركيزة، من خلال فجوة في طبقات النمو الفوقي في الركيزة، يصل اتساعها إلى 9 أنجستروم، حيث تتسع هذه الفجوة لطبقة أحادية من الجرافين. ويؤكد الباحثون التوقعات الخاصة بالنمو الفوقي المتماثل لـ(001)GaAs على ركيزة من (001)GaAs من خلال جرافين أحادي الطبقة، ويبيِّنون أن هذا النهج ينطبق أيضًا على InP، وGaP، حيث تتحرر بسرعة الأغشية أحادية البلورة، النامية من ركيزة مغطاة بالجرافين، وفاعليتها لا تقل عن فاعلية الأغشية التقليدية، عند وضعها في الأجهزة الباعثة للضوء. تمكِّن هذه التقنية من نَسْخ أي نوع من أغشية أشباه الموصلات، من ركائزها الأساسية، عبر مواد ثنائية الأبعاد، ومن ثم يتم تحرير الطبقة الفوقية الناتجة بسرعة، ونقلها إلى الركيزة المطلوبة. تُعَدّ هذه العملية جذابة بشكل خاص في سياق الإلكترونيات والضوئيات غير السيليكونية، حيث تسمح هذه القدرة على إعادة استخدام الركائز المغطاة بالجرافين بالحَدّ من التكلفة العالية للركائز غير السيليكونية.