材料科学：グラフェンを介したリモートエピタキシーによって二次元の材料ベースの層転写が可能になる
Nature 544, 7650 doi: 10.1038/nature22053
基板上に結晶性材料を成長させるエピタキシーは、半導体産業に不可欠であるが、2つの材料系の間に格子整合が必要であるため制限されることが多い。この厳しい要求は、ファンデルワールス・エピタキシーでは緩和される。ファンデルワールス・エピタキシーでは、層状すなわち二次元（2D）材料上でのエピタキシーが、弱いファンデルワールス相互作用によって仲介され、2D表面から容易に層を剥がすことも可能になる。これまで、ファンデルワールス・エピタキシーでは、2D材料が唯一のシード層と考えられてきた。しかし、グラフェンについて報告された、いわゆるぬれ透過性の場合と同様に、2D材料の下にある基板も、エピタキシー中に成長する層（エピ層）と相互作用する可能性がある。今回我々は、グラフェンの弱いファンデルワールス・ポテンシャルが、多くの基板のより強いポテンシャル場を完全には遮蔽できないため、グラフェンが存在してもエピタキシャル成長が可能になることを示す。我々は、密度汎関数理論計算を用いて、基板とのリモートエピタキシャルレジストリが、9 Åまでの基板–エピ層ギャップを介して吸着原子に現れると予測した。この9 Å以下のギャップの中に、単層グラフェンを配置することができる。我々は、単層グラフェンを介してGaAs(001)基板にGaAs(001)をホモエピタキシャル成長させてこの予測を裏付け、今回の手法がInPやGaPにも適用できることを示す。また、成長させた単結晶膜は、グラフェンをコートした基板から素早く剥がすことができ、これを発光デバイスに組み込むと、従来法で作製した膜と同等の良好な性能を示した。今回の手法によって、支持基板から2D材料を介してあらゆる種類の半導体膜の複製が可能になり、複製したエピ層を素早く剥がして目的の基板に転写することができる。この過程は、非シリコン系エレクトロニクスやフォトニクスとの関連で、特に魅力的である。そうした分野では、グラフェンをコートした基板を再利用できることによって、高コストな非シリコン基板を節約できる。
