(PhysOrg.com) -- Wetenschappers hebben een doorbraak bereikt in de richting van het maken van nanocircuits op grafeen, algemeen beschouwd als de meest veelbelovende kandidaat om silicium te vervangen als de bouwsteen van transistors. Ze hebben een eenvoudig en snel proces in één stap bedacht om nanodraden te maken, het afstemmen van de elektronische eigenschappen van gereduceerd grafeenoxide en het daardoor mogelijk maken om over te schakelen van een isolerend materiaal naar een geleidend materiaal.

De techniek werkt met meerdere vormen van grafeen en staat op het punt een belangrijke bevinding te worden voor de ontwikkeling van grafeenelektronica. Het onderzoek verschijnt in de 11 juni, 2010, uitgave van het tijdschrift Wetenschap .

Wetenschappers die met nanocircuits werken, zijn enthousiast over grafeen omdat elektronen minder weerstand ondervinden als ze langs grafeen reizen dan silicium en omdat de siliciumtransistors van vandaag bijna zo klein zijn als de wetten van de natuurkunde toestaan. Grafeen heeft ook de rand vanwege zijn dikte - het is een koolstofplaat die een enkel atoom dik is. Hoewel grafeen-nano-elektronica sneller zou kunnen zijn en minder stroom zou verbruiken dan silicium, niemand wist hoe grafeen nanostructuren te produceren op zo'n reproduceerbare of schaalbare methode. Dat is tot nu toe.

"We hebben aangetoond dat door lokaal isolerend grafeenoxide te verwarmen, zowel de vlokken als de epitaxiale varianten, met een atoomkrachtmicroscooppunt, we kunnen nanodraden schrijven met afmetingen tot 12 nanometer. En we kunnen hun elektronische eigenschappen afstemmen om tot vier ordes van grootte meer geleidend te zijn. We hebben geen teken van slijtage van de tip of scheur in het monster gezien, " zei Elisa Riedo, universitair hoofddocent aan de School of Physics van het Georgia Institute of Technology.

Op macroschaal, de geleidbaarheid van grafeenoxide kan worden veranderd van een isolerend materiaal naar een meer geleidend grafeenachtig materiaal met behulp van grote ovens. Nutsvoorzieningen, het onderzoeksteam gebruikte TCNL om de temperatuur van gereduceerd grafeenoxide op nanoschaal te verhogen, zodat ze grafeenachtige nanocircuits kunnen tekenen. Ze ontdekten dat toen het 130 graden Celsius bereikte, het gereduceerde grafeenoxide begon meer geleidend te worden.

"Dus het mooie hiervan is dat we een eenvoudige, robuuste en reproduceerbare techniek waarmee we een isolerend monster kunnen veranderen in een geleidende nanodraad. Deze eigenschappen zijn het kenmerk van een productieve technologie, " zei Paul Sheehan, hoofd van de sectie Surface Nanoscience and Sensor Technology van het Naval Research Laboratory in Washington, gelijkstroom

Het onderzoeksteam testte twee soorten grafeenoxide - een gemaakt van siliciumcarbide, de andere met grafietpoeder.

"Ik denk dat er drie dingen zijn aan deze studie die het opvallen, " zei William P. King, universitair hoofddocent bij de afdeling Mechanical Science and Engineering aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Eerst, is dat het hele proces in één stap gebeurt. Je gaat van isolerend grafeenoxide naar een functioneel elektronisch materiaal door simpelweg een nanoverwarmer toe te passen. Tweede, we denken dat elk type grafeen zich op deze manier zal gedragen. Derde, het schrijven is een extreem snelle techniek. Deze nanostructuren kunnen met zo'n hoge snelheid worden gesynthetiseerd dat de aanpak erg nuttig kan zijn voor ingenieurs die nanocircuits willen maken."

"Dit project is een uitstekend voorbeeld van de nieuwe technologieën die epitaxiale grafeenelektronica mogelijk maakt, zei Walt de Heer, Regent's Professor in Georgia Tech's School of Physics en de oorspronkelijke voorstander van epitaxiaal grafeen in de elektronica. Zijn studie leidde twee jaar geleden tot de oprichting van het Materials Research Science and Engineering Center. "De eenvoudige conversie van grafeenoxide naar grafeen is een belangrijke en snelle methode om geleidende draden te produceren. Deze methode kan niet alleen worden gebruikt voor flexibele elektronica, maar het is mogelijk, ergens in de toekomst, dat de biocompatibele grafeendraden kunnen worden gebruikt om elektrische signalen van afzonderlijke biologische cellen te meten."