Onderzoekers van de Aalto University zijn erin geslaagd om op experimentele wijze metalen grafeen nanoribbons (GNR's) te realiseren die slechts 5 koolstofatomen breed zijn. In hun artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het onderzoeksteam demonstreerde de fabricage van de GNR's en mat hun elektronische structuur. De resultaten suggereren dat deze extreem smalle linten van één atoom dik zouden kunnen worden gebruikt als metalen verbindingen in toekomstige microprocessors.

Grafeen nanolinten zijn voorgesteld als ideale draden voor gebruik in toekomstige nano-elektronica:wanneer de grootte van de draad wordt teruggebracht tot de atomaire schaal, grafeen zal naar verwachting beter presteren dan koper in termen van geleiding en weerstand tegen elektromigratie, dat is het typische doorslagmechanisme in dunne metalen draden. Echter, alle aangetoonde grafeen nanoribbons zijn halfgeleidend, die hun gebruik als interconnects belemmert. Onder leiding van Prof. Peter Liljeroth, onderzoekers van de Atomic Scale Physics en Surface Science-groepen hebben nu experimenteel aangetoond dat bepaalde atomair nauwkeurige grafeen-nanoribbonbreedtes bijna metaalachtig zijn, in overeenstemming met eerdere voorspellingen op basis van theoretische berekeningen.

Het team gebruikte ultramoderne scanning tunneling microscopie (STM) waarmee ze de structuur en eigenschappen van het materiaal met atomaire resolutie kunnen onderzoeken. "Met deze techniek we maten de eigenschappen van individuele linten en toonden aan dat linten langer dan 5 nanometer metaalachtig gedrag vertonen, " zegt dr. Amina Kimouche, de hoofdauteur van de studie.

De fabricage van nanoribbon is gebaseerd op een chemische reactie op een oppervlak. "Het leuke van de fabricageprocedure is dat het precursormolecuul precies de breedte van het lint bepaalt. Als je linten met één koolstofatoom breed wilt, je moet gewoon een ander molecuul kiezen, " legt dr. Pekka Joensuu uit, die toezicht hield op de synthese van de precursormoleculen voor de linten.

De experimentele bevindingen werden aangevuld met theoretische berekeningen door de Quantum Many-Body Physics-groep onder leiding van Dr. Ari Harju. De theorie voorspelt dat wanneer de breedte van de linten atoom-voor-atoom wordt vergroot, elke derde breedte moet (bijna) metaalachtig zijn met een zeer kleine bandafstand. "Volgens de kwantummechanica, normaal gesproken wanneer u uw systeem kleiner maakt, het vergroot de band gap. Grafeen kan anders werken vanwege zijn buitengewone elektronische eigenschappen, " zegt Harju's promovendus Mikko Ervasti, die de berekeningen heeft uitgevoerd.

Deze resultaten maken de weg vrij voor het gebruik van grafeen in toekomstige elektronische apparaten, waar deze ultrasmalle linten koper als verbindingsmateriaal zouden kunnen vervangen. Toekomstige studies zullen zich richten op apparaten die volledig uit grafeen bestaan ​​en die zowel metalen als halfgeleidende grafeen-nanostructuren combineren. "Hoewel we verre van echte toepassingen zijn, het is een buitengewoon opwindend concept om bruikbare apparaten te bouwen van deze kleine structuren en om grafeencircuits te realiseren met gecontroleerde knooppunten tussen GNR's, ' zegt Liljeroth.