(PhysOrg.com) -- Om een ​​lint van grafeen rechtop te laten staan, het heeft diamant nodig op de zolen van zijn schoenen.

Een nieuw artikel van medewerkers van de Rice University en de Hong Kong Polytechnic University toont de mogelijkheid aan dat kleine reepjes grafeen - één atoom dikke vellen koolstof - hoog kunnen staan ​​op een substraat met een beetje ondersteuning. Dit leidt tot de mogelijkheid dat arrays van grafeenwanden componenten met ultrahoge dichtheid van elektronische of spintronische apparaten kunnen worden.

Het werk is deze maand gepubliceerd in de online editie van de Tijdschrift van de American Chemical Society.

Berekeningen door Rice theoretisch fysicus Boris Yakobson, Universitair docent Feng Ding van Hong Kong Polytechnic en hun medewerkers toonden aan dat niet alleen substraten van diamant, maar ook nikkel de rand van een strook van een grafeen-nanolint chemisch kunnen binden. Omdat het contact zo klein is, de grafeenwanden behouden bijna al hun inherente elektrische of magnetische eigenschappen.

En omdat ze zo dun zijn, Yakobson en Ding berekenden een theoretisch potentieel van het plaatsen van 100 biljoen grafeenwand-veldeffecttransistoren (FET's) op een chip van vierkante centimeter.

Dat potentieel alleen kan het mogelijk maken om voorbij de limieten te gaan die worden geïmpliceerd door de wet van Moore - iets wat Yakobson ooit met Intel-oprichter Gordon Moore zelf heeft besproken.

"We ontmoetten elkaar in Montreal, toen nano een nieuweling in de buurt was, en een goed gesprek gehad, " zei Yakobson, Rice Karl F. Hasselmann Chair in Engineering en hoogleraar materiaalkunde en werktuigbouwkunde en scheikunde. "Moore sprak graag over siliciumwafels in termen van onroerend goed. In navolging van zijn metafoor, een rechtopstaande architectuur zou de dichtheid van circuits op een chip vergroten - zoals het gaan van huizen in ranchstijl in Texas naar flatgebouwen met wolkenkrabbers in Hong Kong.

"Dit soort strategie kan de wet van Moore voor een extra decennium helpen ondersteunen, " hij zei.

Een vel materiaal van een fractie van een nanometer breed is behoorlijk buigzaam, hij zei, maar de wetten van de fysica staan ​​aan zijn kant. Bindingsenergieën tussen koolstof in de diamantmatrix en koolstof in grafeen worden aan de rand gemaximaliseerd, en de moleculen binden sterk in een hoek van 90 graden. Er is minimale energie nodig om het grafeen rechtop te laten staan, wat zijn voorkeurstoestand is. (Muren op een nikkelsubstraat zouden onder een hoek van ongeveer 30 graden staan, vonden de onderzoekers.)

Yakobson zei dat de muren zo dicht bij elkaar kunnen zijn als 7/10e van een nanometer, die de onafhankelijke elektronische eigenschappen van individuele nanolinten zou behouden. Ze kunnen mogelijk op silicium worden gekweekt, siliciumdioxide, aluminiumoxide of siliciumcarbide.

Het onderzoek illustreerde verschillen tussen muren gemaakt van twee verschillende soorten grafeen, zigzag en fauteuil, zo genoemd vanwege de manier waarop hun randen zijn gevormd.

Vellen grafeen worden beschouwd als halfmetalen die in de elektronica beperkt worden gebruikt omdat elektrische stroom er zonder weerstand doorheen schiet. Echter, fauteuil nanolinten kunnen halfgeleiders worden; hoe dunner het lint, hoe groter de bandgap, wat essentieel is voor transistoren.

Zigzag nanoribbons zijn magnetisch. Elektronen aan hun tegenoverliggende randen draaien in tegengestelde richtingen, een eigenschap die kan worden geregeld door een elektrische stroom; dit maakt ze geschikt voor spintronic-apparaten.

In beide gevallen, de elektronische eigenschappen van de muren kunnen worden afgestemd door hun hoogte te veranderen.

De onderzoekers suggereerden ook dat nanowalls nanobogen zouden kunnen worden door tegenovergestelde uiteinden van een grafeenlint aan het substraat te bevestigen. In plaats van plat op het diamant- of nikkeloppervlak te liggen, de energieën die langs de bindingsranden spelen, zouden de grafeenstrook natuurlijk dwingen om in het midden op te stijgen. Het zou in wezen een halve nanobuis worden met zijn eigen reeks potentieel nuttige eigenschappen.

Hoe je deze tweedimensionale bouwstenen precies in een driedimensionaal apparaat kunt veranderen, biedt uitdagingen, maar de beloning is groot, zei Yakobson. Hij merkte op dat het onderzoek de basis legt voor elektronische subnanometertechnologie.