Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Patrick Han en Prof. Taro Hitosugi van het Advanced Institute of Materials Research (AIMR), Tohoku University ontdekte een nieuwe bottom-up fabricagemethode die defectvrije grafeen nanoribbons (GNR's) produceert met periodieke zigzagrandgebieden. Deze methode, die de GNR-groeirichting en lengteverdeling regelt, is een opstap naar toekomstige fabricage van grafeenapparaten door zelfassemblage.

grafeen, met zijn lage dimensionaliteit, hoge stabiliteit, Grote sterkte, en hoge mobiliteit van ladingdragers, belooft een revolutionair materiaal te worden voor het maken van high-speed transistors van de volgende generatie. Bovendien, De eigenschappen van grafeen zijn naar verwachting direct controleerbaar door de structuur ervan. Bijvoorbeeld, recente werken hebben aangetoond dat de bandgap van fauteuil GNR's wordt bepaald door de lintbreedte. Echter, de eigenschap-tailoring mogelijkheden van andere rand conformaties (bijv. de zigzagrand waarvan door de theorie wordt voorspeld dat deze magnetische eigenschappen heeft) zijn niet getest, omdat hun defectvrije fabricage een grote uitdaging blijft.

"Eerdere strategieën in bottom-up moleculaire assemblages gebruikten inerte substraten, zoals goud of zilver, om moleculen veel vrijheid te geven om te diffunderen en te reageren op het oppervlak, ", zegt Han. "Maar dit betekent ook dat de manier waarop deze moleculen assembleren volledig wordt bepaald door de intermoleculaire krachten en door de moleculaire chemie." Momenteel, er is geen molecuul dat kan assembleren om GNR's met zigzagrand te produceren.

Om de zigzagrand te richten, het AIMR-team gebruikte een koperen oppervlak - een substraat dat reactiever is dan goud of zilver - om nieuwe interacties tussen substraat en molecuul te introduceren, naast de intermoleculaire interacties. De effecten van deze strategie werden aangetoond met behulp van een precursormolecuul waarvan bekend is dat het GNR's aan de rand van de stoel vormt. op koper, scanning tunneling microscoopbeelden onthulden een moleculaire samenstelling die totaal anders is dan die op goud of zilver, het opleveren van GNR's met periodieke zigzagrandgebieden. Toekomstige richtingen omvatten de beoordeling van andere reactieve oppervlakken voor bottom-up GNR-fabricage, en de bepaling van de eigenschapsaanpassingseffecten van de GNR-randen die in dit werk worden getoond.

Bovendien, de oppervlaktereactiviteit van het kopersubstraat heeft ook een diepgaand effect op zowel de GNR-lengteverdeling als de groeirichting van het oppervlak. In tegenstelling tot eerdere vergaderingen, de huidige methode levert kortere linten op, slechts in zes oppervlakte-azimutale richtingen. Deze functies kunnen worden benut voor het maken van enkele grafeen-interconnecties tussen geprefabriceerde structuren door zelfassemblage.

"Diffusiegestuurde assemblages, zoals te zien op goud en zilver, produceren bundels van lange GNR's. Deze methoden zijn goed voor het maken van interconnect-arrays, maar geen enkele verbindingen", zegt Han. "Onze methode opent de mogelijkheid om afzonderlijke grafeenapparaten op gewenste locaties zelf te assembleren, vanwege de lengte en de richtingscontrole."