גרפן כבר ידוע כבעל עוצמה יוצאת דופן, למרות שעוביו אטום אחד בלבד. אז איך אפשר לחזק אותו עוד יותר? כמובן על ידי הפיכתו לשכבות של יהלום. חוקרים בדרום קוריאה פיתחו כעת שיטה חדשה להמרת גרפן לשכבות יהלום דקות ביותר, מבלי להשתמש בלחץ גבוה.
גרפן, גרפיט ויהלום עשויים כולם מאותו חומר - פחמן - אך ההבדל בין חומרים אלה הוא באופן שבו אטומי הפחמן מסודרים וקשורים יחד. גרפן הוא יריעת פחמן שעוביה אטום אחד בלבד, עם קשרים חזקים ביניהם אופקית. גרפיט מורכב מיריעות גרפן מוערמות זו על גבי זו, עם קשרים חזקים בתוך כל יריעה אך קשרים חלשים המחברים יריעות שונות. וביהלום, אטומי הפחמן מקושרים חזק הרבה יותר בשלושה ממדים, ויוצרים חומר קשה להפליא.
כאשר הקשרים בין שכבות הגרפן מתחזקים, הוא יכול להפוך לצורה דו-ממדית של יהלום המכונה דיאמן. הבעיה היא שבדרך כלל זה לא קל לעשות. דרך אחת דורשת לחצים גבוהים במיוחד, וברגע שהלחץ הזה מוסר החומר חוזר לגרפן. מחקרים אחרים הוסיפו אטומי מימן לגרפן, אך זה מקשה על השליטה בקשרים.
עבור המחקר החדש, חוקרים במכון למדע בסיסי (IBS) ובמכון הלאומי למדע וטכנולוגיה של אולסן (UNIST) החליפו מימן בפלואור. הרעיון הוא שעל ידי חשיפת גרפן דו-שכבתי לפלואור, שתי השכבות מקרבות זו לזו, ויוצרות קשרים חזקים יותר ביניהן.
הצוות התחיל ביצירת גרפן דו-שכבתי באמצעות השיטה המוכחת של שקיעת אדים כימית (CVD), על מצע העשוי נחושת וניקל. לאחר מכן, הם חשפו את הגרפן לאדי קסנון דיפלואוריד. הפלואור בתערובת זו נדבק לאטומי הפחמן, מחזק את הקשרים בין שכבות הגרפן ויוצר שכבה דקה במיוחד של יהלום פלואור, המכונה F-דיאמאן.
התהליך החדש פשוט בהרבה מאחרים, מה שאמור להקל יחסית על הרחבתו. יריעות יהלום דקות במיוחד יכולות ליצור רכיבים אלקטרוניים חזקים, קטנים וגמישים יותר, במיוחד כמוליכים למחצה בעלי פער רחב.
"שיטת פלואורינציה פשוטה זו פועלת בטמפרטורת החדר כמעט ותחת לחץ נמוך ללא שימוש בפלזמה או בכל מנגנוני הפעלת גז, ובכך מפחיתה את האפשרות ליצירת פגמים", אומר פאבל ו. בחרב, המחבר הראשון של המחקר.
זמן פרסום: 24 באפריל 2020