グラフェンは、わずか原子1個分の厚さにもかかわらず、驚異的な強度を持つことで既に知られています。では、どうすればさらに強度を高めることができるのでしょうか？もちろん、ダイヤモンドシートに変えることです。韓国の研究者たちは、高圧を使わずにグラフェンを最薄のダイヤモンド膜に変換する新たな方法を開発しました。
グラフェン、グラファイト、ダイヤモンドはすべて同じ物質、つまり炭素からできていますが、これらの物質の違いは、炭素原子がどのように配列し、結合しているかにあります。グラフェンは、わずか原子1個分の厚さの炭素シートで、水平方向に強い結合が存在します。グラファイトは、グラフェンシートが積み重ねられてできており、各シート内は強い結合で繋がっていますが、異なるシート間は弱い結合で繋がっています。一方、ダイヤモンドでは、炭素原子が3次元的にはるかに強く結合しており、非常に硬い物質となっています。
グラフェンの層間の結合が強化されると、ダイアマンと呼ばれる2次元のダイヤモンド構造になります。問題は、通常、これを実現するのは容易ではないことです。ある方法では極めて高い圧力が必要であり、その圧力が除去されるとすぐにグラフェンに戻ってしまいます。他の研究では、グラフェンに水素原子を添加する手法が用いられましたが、結合の制御が困難になります。
新たな研究では、基礎科学研究所（IBS）と蔚山科学技術院（UNIST）の研究者らが、水素をフッ素に置き換えました。二層グラフェンをフッ素にさらすことで、二層間の結合がより強固になり、より強力な結合が形成されるという考え方です。
研究チームはまず、実績のある化学蒸着法（CVD）を用いて、銅とニッケルの基板上に二層グラフェンを作製した。次に、グラフェンを二フッ化キセノンの蒸気にさらした。この混合物に含まれるフッ素が炭素原子に吸着し、グラフェン層間の結合を強化し、F-ジアマンと呼ばれる極薄のフッ素化ダイヤモンド層を形成する。
この新しいプロセスは他のプロセスよりもはるかに単純であるため、スケールアップも比較的容易です。極薄ダイヤモンドシートは、特にワイドギャップ半導体として、より強度が高く、より小型で、より柔軟な電子部品の製造を可能にする可能性があります。
「このシンプルなフッ素化法は、プラズマやガス活性化メカニズムを使わずに室温近く、低圧下で機能するため、欠陥が生じる可能性が低くなります」と研究の筆頭著者であるパベル・V・バハレフ氏は述べている。
投稿日時: 2020年4月24日