(PhysOrg.com) -- Als de meesten van ons het woord 'defect' horen, we bedenken een probleem dat moet worden opgelost. Maar een team van onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Florida (USF) creëerde een nieuw defect dat misschien wel een oplossing zou kunnen zijn voor een groeiende uitdaging bij de ontwikkeling van toekomstige elektronische apparaten.

Het team onder leiding van USF-hoogleraren Matthias Batzill en Ivan Oleynik, wiens ontdekking gisteren in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuur Nanotechnologie , een nieuwe methode hebben ontwikkeld om een ​​uitgebreid defect aan grafeen toe te voegen, een één atoom dik vlak blad van koolstofatomen waarvan velen denken dat het silicium zou kunnen vervangen als het materiaal voor het bouwen van vrijwel alle elektronica.

Het is niet eenvoudig om met grafeen te werken, echter. Om nuttig te zijn in elektronische toepassingen zoals geïntegreerde schakelingen, kleine defecten moeten aan het materiaal worden geïntroduceerd. Eerdere pogingen om de nodige defecten aan te brengen, zijn ofwel inconsistent gebleken of hebben monsters opgeleverd waarin alleen de randen van dunne stroken grafeen of grafeen-nanoribbons een bruikbare defectstructuur bezaten. Echter, atomair scherpe randen zijn moeilijk te maken vanwege de natuurlijke ruwheid en de ongecontroleerde chemie van bungelende bindingen aan de rand van de monsters.

Het USF-team heeft nu een manier gevonden om een ​​goed gedefinieerde, uitgebreid defect meerdere atomen over, met achthoekige en vijfhoekige koolstofringen ingebed in een perfecte grafeenplaat. Dit defect fungeert als een quasi-eendimensionale metalen draad die gemakkelijk elektrische stroom geleidt. Dergelijke defecten kunnen worden gebruikt als metalen verbindingen of elementen van apparaatstructuren van volledig koolstof, elektronica op atomaire schaal.

Dus hoe deed het team het? De experimentele groep, geleid door theorie, gebruikte de zelforganiserende eigenschappen van een monokristallijn nikkelsubstraat, en gebruikte een metalen oppervlak als een steiger om twee halve grafeen-vellen te synthetiseren die met atomaire precisie ten opzichte van elkaar zijn vertaald. Toen de twee helften bij de grens samensmolten, ze vormden natuurlijk een uitgebreid lijndefect. Zowel scanning tunneling microscopie als elektronische structuurberekeningen werden gebruikt om te bevestigen dat dit nieuwe eendimensionale koolstofdefect een goed gedefinieerde, periodieke atomaire structuur, evenals metallische eigenschappen binnen de smalle strook langs het defect.

Deze kleine draad kan een grote impact hebben op de toekomst van computerchips en de talloze apparaten die ze gebruiken. Aan het eind van de 20e eeuw, computeringenieurs beschreven een fenomeen genaamd de wet van Moore, wat inhoudt dat het aantal transistors dat betaalbaar in een computerprocessor kan worden ingebouwd, ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Deze wet is correct gebleken, en de samenleving plukt de vruchten van de steeds snellere computers, kleiner, en goedkoper. In recente jaren, echter, sommige natuurkundigen en ingenieurs zijn gaan geloven dat zonder nieuwe doorbraken in nieuwe materialen, misschien bereiken we binnenkort het einde van de wet van Moore. Omdat op silicium gebaseerde transistoren tot hun kleinst mogelijke schaal worden teruggebracht, manieren vinden om meer op een enkele processor in te pakken wordt steeds moeilijker.

Metaaldraden in grafeen kunnen helpen om de snelheid van microprocessortechnologie voorspeld door de wet van Moore tot ver in de toekomst te ondersteunen. De ontdekking door het USF-team, met steun van de National Science Foundation, kan de deur openen naar de creatie van de volgende generatie elektronische apparaten met behulp van nieuwe materialen. Zal deze nieuwe ontdekking onmiddellijk beschikbaar zijn in nieuwe nano-apparaten? Misschien niet meteen maar het kan een cruciale stap zijn in de ontwikkeling van kleinere, nog krachtiger, elektronische apparaten in de niet al te verre toekomst.