Voor het eerst gekenmerkt in 2004, grafeen is een tweedimensionaal materiaal met buitengewone eigenschappen. De dikte van slechts één koolstofatoom, en honderden keren sneller in het geleiden van warmte en lading dan silicium, Verwacht wordt dat grafeen in de nabije toekomst een revolutie teweeg zal brengen in high-speed transistors.

De exotische elektronische en magnetische eigenschappen van grafeen kunnen worden aangepast door grote vellen van het materiaal te snijden tot linten van specifieke lengtes en randconfiguraties - wetenschappers hebben getheoretiseerd dat nanolinten met zigzagranden het meest magnetisch zijn, waardoor ze geschikt zijn voor spintronica-toepassingen. (Spintronica-apparaten, in tegenstelling tot conventionele elektronica, gebruik de spins van elektronen in plaats van hun lading.)

Maar deze "top-down" fabricagebenadering is nog niet praktisch, omdat de huidige lithografische technieken voor het op maat maken van de linten altijd defecten opleveren.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van UCLA en Tohoku University hebben een nieuwe zelfassemblagemethode ontdekt voor het produceren van defectvrije grafeen-nanoribbons met periodieke zigzagrandgebieden. In deze "bottom-up" techniek, onderzoekers gebruiken de unieke eigenschappen van een kopersubstraat om de manier te veranderen waarop de precursormoleculen op elkaar reageren terwijl ze zich assembleren tot grafeen-nanoribbons. Hierdoor kunnen de wetenschappers de lengte van de nanoribbons controleren, randconfiguratie en locatie op het substraat.

Deze nieuwe methode van grafeenfabricage door zelfassemblage is een opstap naar de productie van zelf-geassembleerde grafeenapparaten die de prestaties van gegevensopslagcircuits enorm zullen verbeteren, batterijen en elektronica.

Paul Weiss, onderscheiden hoogleraar scheikunde en biochemie en lid van UCLA's California NanoSystems Institute, ontwikkelde de methode voor het produceren van de nanoribbons met Patrick Han en Taro Hitosugi, professoren aan het Advanced Institute of Materials Research aan de Tohoku University in Sendai, Japan, waarvan Weiss ook lid is. De studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

"Om apparaten van grafeen te maken, we moeten de geometrische en elektronische structuren ervan beheersen, "Zei Weiss. "Het maken van zigzagranden doet beide tegelijk, omdat er enkele speciale eigenschappen zijn van grafeen nanolinten met zigzagranden. Als we deze in de hand hebben, kunnen we theoretische voorspellingen erover testen, zoals magnetische eigenschappen."

Andere bottom-up methoden om grafeen te fabriceren zijn geprobeerd, maar ze hebben bundels linten geproduceerd die vervolgens moeten worden geïsoleerd en gepositioneerd voor gebruik in apparaten.

"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, "Zei Han. "Maar dit betekent ook dat de manier waarop deze moleculen assembleren volledig wordt bepaald door de intermoleculaire krachten en door de moleculaire chemie. Onze methode opent de mogelijkheid om apparaten met één grafeen zelf te assembleren op gewenste locaties, vanwege de lengte en de richtingscontrole."