Materiaalwetenschappers van Rice University hebben een fundamentele ontdekking gedaan die het voor ingenieurs gemakkelijker zou kunnen maken om elektronische circuits te bouwen uit het veelgeprezen nanomateriaal grafeen.

De voorraad van grafeen schoot vorig jaar torenhoog toen het nanomateriaal de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving. Grafeen is een laag koolstofatomen die slechts één atoom dik is. Wanneer ze op elkaar worden gestapeld, grafeenplaten vormen grafiet, het materiaal dat over de hele wereld in potloden wordt gevonden. Dankzij de instrumenten van nanotechnologie, wetenschappers van vandaag kunnen maken, gemakkelijk grafeen manipuleren en bestuderen. Zijn unieke eigenschappen maken het ideaal om sneller, energiezuinigere computers en andere nano-elektronische apparaten.

Maar er zijn hindernissen. Om kleine circuits te maken van grafeen, ingenieurs moeten manieren vinden om ingewikkelde patronen van grafeen te creëren die worden gescheiden door een even dun niet-geleidend materiaal. Een mogelijke oplossing is "wit grafeen, "Een atoom dikke platen boor en stikstof die fysiek vergelijkbaar zijn met grafeen, maar elektrisch niet-geleidend zijn.

In een nieuw artikel in het tijdschrift Nano Letters, Rijstmateriaalwetenschapper Boris Yakobson en collega's beschrijven een ontdekking die het voor nano-elektronische ontwerpers mogelijk zou kunnen maken om goed begrepen chemische procedures te gebruiken om de elektronische eigenschappen van "legeringen" die zowel wit als zwart grafeen bevatten, nauwkeurig te controleren.

"We ontdekten dat er een directe relatie was tussen de nuttige eigenschappen van het eindproduct en de chemische omstandigheden die bestaan ​​terwijl het wordt gemaakt, " zei Yakobson. "Als er meer boor beschikbaar is tijdens chemische synthese, dat leidt tot legeringen met een bepaald type geometrische rangschikking van atomen. Het mooie van de bevinding is dat we de elektronische eigenschappen van het eindproduct precies kunnen voorspellen op basis van de omstandigheden - technisch gesproken, het zogenaamde 'chemische potentieel' - tijdens de synthese."

Yakobson zei dat het ongeveer een jaar duurde voordat hij en zijn studenten de verdeling van de energie die tussen elk koolstofatoom werd overgedragen, precies begrepen. boor en stikstof tijdens de vorming van de "legeringen". Dit precieze niveau van begrip van de "bindende energieën" tussen atomen, en hoe het wordt toegewezen aan bepaalde randen en interfaces, was van vitaal belang voor het ontwikkelen van een directe link van synthese naar morfologie en naar bruikbaar product.

Met interesse in grafeen dat hoog oploopt, Yakobson zei, de nieuwe studie heeft wijd en zijd aandacht getrokken. Afgestudeerde student Yuanyue Liu, de hoofdco-auteur van de studie, maakt deel uit van een delegatie van vijf studenten die net terug is van een bezoek van een week aan de Tsinghua University in Peking. Yakobson zei dat het bezoek deel uitmaakte van een voortdurende samenwerking tussen Tsinghua-onderzoekers en collega's van Rice's George R. Brown School of Engineering.