グラフェンは、原子1個分の厚さしかないにもかかわらず、非常に高い強度を持つことで知られています。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、ダイヤモンドの薄板にすることで可能です。韓国の研究者たちは、高圧をかけることなく、グラフェンを極めて薄いダイヤモンド膜に変換する新しい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炭素でできていますが、これらの物質の違いは、炭素原子の配列と結合の仕方にあります。グラフェンは、炭素原子1個分の厚さしかないシート状の物質で、水平方向に強い結合で結ばれています。グラファイトは、グラフェンシートが積み重なった構造で、各シート内部の結合は強いものの、異なるシート間の結合は弱いのが特徴です。そしてダイヤモンドでは、炭素原子が三次元的に非常に強く結合しているため、驚くほど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次元ダイヤモンド構造になる。しかし、これは通常容易ではない。ある方法では極めて高い圧力が必要であり、その圧力が取り除かれるとすぐにグラフェンに戻ってしまう。他の研究ではグラフェンに水素原子を添加する方法が試みられているが、それでは結合の制御が難しくなる。
今回の研究では、基礎科学研究院（IBS）と蔚山科学技術大学（UNIST）の研究者らが、水素をフッ素に置き換えた。二層グラフェンをフッ素にさらすことで、2つの層がより接近し、層間の結合が強化されるという考えに基づいている。
研究チームはまず、銅とニッケルからなる基板上に、実績のある化学気相成長法（CVD）を用いて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付着し、グラフェン層間の結合を強化することで、フッ素化ダイヤモンド（F-ダイアマン）と呼ばれる極薄層が形成される。
この新しいプロセスは他のプロセスよりもはるかにシンプルなので、比較的容易にスケールアップできるはずだ。極薄の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、より強く、より小さく、より柔軟な電子部品の製造に利用できる可能性がある。
「このシンプルなフッ素化法は、プラズマやガス活性化機構を使用せずに、室温に近い温度と低圧下で機能するため、欠陥が発生する可能性を低減できます」と、本研究の筆頭著者であるパベル・V・バハレフ氏は述べています。
投稿日時：2020年4月24日