Toekomstige computers kunnen een beetje beter werken, dankzij een verfijning in de productie van grafeen aan de Rice University.

Rijstonderzoekers hebben geleerd om ongerepte vellen grafeen te maken, de één-atoom-dikke vorm van koolstof, van gewone tafelsuiker en andere op koolstof gebaseerde stoffen. Ze doen dit in een eenstapsproces bij temperaturen die laag genoeg zijn om grafeen gemakkelijk te vervaardigen te maken.

Het lab van Rice-chemicus James Tour meldde in de online versie van het tijdschrift Natuur deze week dat grote gebied, hoogwaardig grafeen kan worden gekweekt uit een aantal koolstofbronnen bij temperaturen zo laag als 800 graden Celsius (1, 472 F). Hoe heet dat ook mag lijken, het verschil tussen het laten draaien van een oven op 800 en 1, 000 graden Celsius is significant, zei toer.

"Bij 800 graden, het onderliggende silicium blijft actief voor elektronica, terwijl op 1, 000 graden, het verliest zijn kritische doteringen, " zei Toer, Rice's TT en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en informatica.

Zhengzong zon, een vierdejaarsstudent in het lab van Tour en hoofdauteur van het artikel, ontdekte dat het deponeren van koolstofrijke bronnen op koper- en nikkelsubstraten grafeen produceerde in elke gewenste vorm:enkelvoudig, twee- of meerlagige platen die zeer nuttig kunnen zijn in een aantal toepassingen.

Sun en zijn collega's ontdekten ook dat het proces zich gemakkelijk aanpast aan het produceren van gedoteerd grafeen; dit maakt de manipulatie van de elektronische en optische eigenschappen van het materiaal mogelijk, wat belangrijk is voor het maken van schakel- en logische apparaten.

Voor ongerept grafeen, Sun begon met een dunne film van poly (methylmethacrylaat) (PMMA) - misschien het best bekend in zijn commerciële gedaante als plexiglas - gesponnen op een koperen substraat dat als katalysator fungeerde. Onder hitte en lage druk, het gedurende 10 minuten stromen van waterstof en argongas over het PMMA reduceerde het tot pure koolstof en veranderde de film in een enkele laag grafeen. Door de gasstroomsnelheid te veranderen, kon hij de dikte van het van PMMA afgeleide grafeen regelen.

Toen werd het interessanter zei zon. Hij wendde zich tot andere koolstofbronnen, inclusief een fijn poeder van sucrose - ook wel tafelsuiker genoemd. "We dachten dat het interessant zou zijn om dit spul te proberen, " zei Sun. "Terwijl andere laboratoria de metaalkatalysatoren veranderden, we hebben geprobeerd de koolstofbronnen te veranderen."

Sun deed 10 milligram suiker (en later fluoreen) op een vel koperfolie van een vierkante centimeter en onderwierp het aan dezelfde reactoromstandigheden als het PMMA. Het werd snel omgezet in enkellaags grafeen. Sun had gebreken in het eindproduct verwacht, gezien de chemische eigenschappen van beide stoffen (een hoge concentratie zuurstof in sucrose, ringen met vijf atomen in fluoreen); maar hij ontdekte dat potentiële topologische defecten zichzelf zouden genezen als het grafeen werd gevormd.

"Toen we dieper en dieper in het proces keken, we vonden het niet alleen interessant, maar nuttig, ' zei Zon.

Hij probeerde en faalde om grafeen te laten groeien op silicium en siliciumoxide, waardoor de mogelijkheid ontstond om grafeen met patronen te laten groeien uit een dunne film van gevormd koper of nikkel die op siliciumwafels was afgezet.

Gedoteerd grafeen opent meer mogelijkheden voor elektronicagebruik, toer zei, en Sun vond het vrij eenvoudig om te maken. Beginnend met PMMA gemengd met een dopingreagens, melamine, hij ontdekte dat het stromen van het gas onder atmosferische druk stikstof-gedoteerde grafeen produceerde. Ongerept grafeen heeft geen bandgap, maar gedoteerd grafeen maakt controle over de elektrische structuur mogelijk, wat het team bewees door veldeffecttransistors te bouwen.

"Elke dag, de groei van grafeen op silicium nadert de gereedheid op industrieel niveau, en dit werk gaat een belangrijke stap verder, ' zei Tour.