Wetenschappers van de Aalto Universiteit en de Universiteit Utrecht hebben enkelvoudige atoomcontacten gemaakt tussen nanoribbons van goud en grafeen.

In hun artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het onderzoeksteam laat zien hoe je elektrische contacten kunt maken met enkele chemische bindingen aan grafeen nanoribbons. Grafeen is een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster. Verwacht wordt dat het een revolutionair materiaal zal zijn voor toekomstige elektronica.

Grafeentransistors die bij kamertemperatuur werken, moeten werken op een schaal van minder dan 10 nanometer. Dit betekent dat de grafeen-nanostructuren slechts enkele tientallen atomen breed hoeven te zijn. Deze transistors hebben atomair nauwkeurige elektrische contacten nodig. Een team van onderzoekers heeft nu experimenteel aangetoond hoe dit kan.

In hun artikel pakken de wetenschappers het probleem aan door te demonstreren hoe een enkele chemische binding kan worden gebruikt om een ​​elektrisch contact te maken met een grafeen nanoribbon.

"We kunnen geen krokodillenklemmen op atomaire schaal gebruiken. Het gebruik van goed gedefinieerde chemische bindingen is de weg vooruit voor grafeen-nanostructuren om hun potentieel in toekomstige elektronica te realiseren, ", zegt professor Peter Liljeroth, hoofd van de Atomic Scale Physics-groep aan de Aalto University.

Het team gebruikte atomic force microscopie (AFM) en scanning tunneling microscopie (STM) om de structuur van de grafeen nanoribbons met atomaire resolutie in kaart te brengen. De onderzoekers gebruikten spanningspulsen van de punt van de scanning tunneling microscoop om enkelvoudige bindingen te vormen met de grafeen nanoribbons - precies op een specifieke atomaire locatie. De puls verwijdert een enkel waterstofatoom van het uiteinde van een grafeen nanoribbon en dit initieert de vorming van de binding.

"Gecombineerde AFM en STM stellen ons in staat om de grafeen-nanostructuren atoom voor atoom te karakteriseren, wat cruciaal is om te begrijpen hoe de structuur, de bindingen met de contacten en hun elektrische eigenschappen zijn gerelateerd, " legt dr. Ingmar Swart uit, die het team leidt dat zich concentreert op STM- en AFM-metingen aan de Universiteit Utrecht

Door de microscopie-experimenten te combineren met theoretische modellering, het team ontwikkelde een gedetailleerd beeld van de eigenschappen van het gecontacteerde nanoribbon. De belangrijkste ontdekking is dat een enkele chemische binding een elektronisch transparant contact vormt met het grafeen-nanoribbon - zonder de algehele elektronische structuur ervan aan te tasten. Dit kan de sleutel zijn tot het gebruik van grafeen-nanostructuren in toekomstige elektronische apparaten, omdat het contact de intrinsieke linteigenschappen niet verandert.

"Deze experimenten met atomair goed gedefinieerde structuren stellen ons in staat om theorie en experiment kwantitatief te vergelijken. Dit is een geweldige kans om nieuwe theoretische ideeën te testen, " concludeert Dr. Ari Harju, leider van het theoretische team in het project aan de Aalto University.

Het onderzoek is uitgevoerd bij de faculteit Technische Natuurkunde van Aalto University en bij het Debye Instituut van de Universiteit Utrecht. De groepen bij Aalto maken deel uit van de Academie van Finland's Centres of Excellence in "Low Temperature Quantum Phenomena and Devices" en "Computational Nanosciences". Academy of Finland en de European Research Council ERC financierden het onderzoek.

Het artikel is getiteld "Onderdrukking van elektron-vibron koppeling in grafeen nanoribbons die in contact komen via een enkel atoom."