(PhysOrg.com) -- Grafeen, een één atoom dikke laag van een koolstofrooster met een honingraatstructuur, heeft een groot potentieel voor gebruik in radio's, computers, telefoons en andere elektronische apparaten. Maar toepassingen zijn gedwarsboomd omdat het halfmetalen grafeen, die een bandafstand van nul heeft, functioneert niet effectief als een halfgeleider om elektronische signalen te versterken of te schakelen.

Terwijl het snijden van grafeenvellen in linten op nanoschaal een grotere bandgap kan openen en de functie kan verbeteren, 'nanoribbon'-apparaten hebben vaak beperkte stuurstromen, en praktische apparaten zouden de productie van dichte reeksen van geordende nanolinten vereisen - een proces dat tot nu toe niet is bereikt of duidelijk is geconceptualiseerd.

Maar Yu Huang, een professor in materiaalkunde en techniek aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, en haar onderzoeksteam, in samenwerking met UCLA chemieprofessor Xiangfeng Duan, heeft mogelijk een nieuwe oplossing gevonden voor de uitdagingen van grafeen.

In onderzoek dat wordt gepubliceerd in het maartnummer van Natuur Nanotechnologie (momenteel online beschikbaar), Huang's team onthult de creatie van een nieuwe grafeen-nanostructuur genaamd grafeen nanomesh, of GNM. De nieuwe structuur is in staat om een ​​band gap te openen in een grote plaat grafeen om een ​​zeer uniforme, continue dunne halfgeleidende film die kan worden verwerkt met behulp van standaard vlakke halfgeleiderverwerkingsmethoden.

"De nanomeshes worden bereid door een reeks gaten op nanoschaal met hoge dichtheid in een enkele of enkele lagen grafeen te ponsen met behulp van een zelf-geassembleerde dunne film van blokcopolymeer als maskersjabloon, " zei Huang.

De nanomesh kan variabele periodiciteiten hebben, gedefinieerd als de afstand tussen de middelpunten van twee naburige nanogaten. nek breedtes, de kortste afstand tussen de randen van twee aangrenzende gaten, kan zo laag zijn als 5 nanometer.

Dit vermogen om nanomesh-periodiciteit en nekbreedte te regelen, is erg belangrijk voor het regelen van elektronische eigenschappen, omdat ladingstransporteigenschappen sterk afhankelijk zijn van de breedte en het aantal kritische stroompaden.

Met behulp van nanomesh als het halfgeleidende kanaal, Huang en haar team hebben kamertemperatuurtransistors gedemonstreerd die stromen kunnen ondersteunen die bijna 100 keer groter zijn dan individuele grafeen nanoribbon-apparaten, maar met een vergelijkbare aan-uit-verhouding. De aan-uitverhouding is de verhouding tussen de stromen wanneer een apparaat wordt in- of uitgeschakeld. Dit onthult meestal hoe effectief een transistor kan worden in- en uitgeschakeld.

De onderzoekers hebben ook aangetoond dat de aan-uit-verhouding kan worden afgesteld door de nekbreedte te variëren.

"GNM's kunnen veel van de kritieke uitdagingen aanpakken waarmee grafeen wordt geconfronteerd, en om de meest uitdagende montageproblemen te omzeilen, Huang zei. "In combinatie met de recente vooruitgang in de groei van grafeen op een substraat met een groot oppervlak, dit concept heeft de potentie om een ​​uniforme, continue halfgeleidende nanomesh dunne film die kan worden gebruikt om geïntegreerde apparaten en circuits te fabriceren met de gewenste apparaatgrootte en stuurstroom.

"Het concept van de GNM wijst daarom op een duidelijke weg naar praktische toepassing van grafeen als halfgeleidermateriaal voor toekomstige elektronica. De unieke structurele en elektronische kenmerken van de GNM's kunnen ook opwindende kansen bieden in zeer gevoelige biosensoren en een nieuwe generatie spintronica , van magnetische detectie tot opslag, " ze zei.