Een internationaal onderzoeksteam van het Advanced Institute of Materials Research (AIMR) van de Tohoku University is erin geslaagd om chiral-edge grafeen nanoribbons (GNR's) chemisch met elkaar te verbinden door middel van moleculaire assemblage, en aangetoonde elektronische verbinding tussen GNR's. De GNR's waren uitsluitend end-to-end met elkaar verbonden, het vormen van elleboogstructuren, geïdentificeerd als interconnectiepunten (Fig. 1a).

Deze configuratie stelde onderzoekers in staat om aan te tonen dat de elektronische architectuur op de interconnectiepunten tussen twee GNR's (Fig. 1b) dezelfde is als die langs enkele GNR's; bewijs dat GNR elektronische eigenschappen, zoals elektronen- en thermische geleidbaarheid, worden direct verlengd door de elleboogstructuren bij chemische GNR-interconnectie.

Dit werk toont aan dat de toekomstige ontwikkeling van hoogwaardige, elektronica met een laag stroomverbruik op basis van GNR's is mogelijk.

Van grafeen wordt al lang verwacht dat het een revolutie teweeg zal brengen in de elektronica, op voorwaarde dat het kan worden gesneden in atomair precieze vormen die zijn verbonden met de gewenste elektroden. Echter, terwijl de huidige bottom-up fabricagemethoden de elektronische eigenschappen van grafeen kunnen beheersen, zoals hoge elektronenmobiliteit, op maat gemaakte bandopeningen en s pin-uitgelijnde zigzagranden, het verbindingsaspect van grafeenstructuren is nooit direct onderzocht. Bijvoorbeeld, of elektronen die over de verbindingspunten van twee GNR's reizen een hogere elektrische weerstand zouden tegenkomen, blijft een open vraag. Aangezien de antwoorden op dit soort vragen cruciaal zijn voor de realisatie van toekomstige hogesnelheidslijnen, elektronica met laag stroomverbruik, we gebruiken moleculaire assemblage om dit probleem hier aan te pakken.

"De huidige moleculaire assemblages produceren ofwel rechte GNR's (d.w.z. zonder identificeerbare interconnectiepunten), of willekeurig onderling verbonden GNR's, " zegt Dr. Patrick Han, de projectleider. "Deze groeimodi hebben te veel intrinsieke onbekenden om te bepalen of elektronen soepel over grafeen-interconnectiepunten reizen. De sleutel is om een ​​moleculaire assemblage te ontwerpen die GNR's produceert die systematisch onderling verbonden zijn met duidelijk te onderscheiden interconnectiepunten."

Om dit doel te bereiken, het AIMR-team gebruikte een Cu-substraat, waarvan de reactiviteit de GNR-groei beperkt tot zes richtingen, en gebruikte scanning tunneling microscopie (STM) om de GNR elektronische structuren te visualiseren. Door de moleculaire dekking van de precursor te controleren, deze moleculaire assemblage verbindt GNR's van verschillende groeirichtingen systematisch van begin tot eind, het produceren van elleboogstructuren - geïdentificeerd als verbindingspunten (figuur 1a). STM gebruiken, het AIMR-team onthulde dat de delokalisatie van de onderling verbonden GNR π*-staten zich op dezelfde manier uitstrekt, zowel over een enkele rechte GNR, en over het interconnectiepunt van twee GNR's (periodieke kenmerken in Fig. 1b, onderste paneel). Dit resultaat geeft aan dat GNR elektronische eigenschappen, zoals elektronen- en thermische geleidbaarheid, moet hetzelfde zijn aan de uiteinden van enkele GNR's en die van twee verbonden GNR's.

"De belangrijkste bevinding van dit werk is dat onderling verbonden GNR's geen elektronische verstoring vertonen (bijv. elektronenlokalisatie die de weerstand op de interconnectiepunten verhoogt), ", zegt Han. "De elektronisch soepele interconnectie toont aan dat GNR-eigenschappen (inclusief op maat gemaakte bandgaps, of zelfs spin-uitgelijnde zigzagranden) kunnen worden verbonden met andere grafeenstructuren. Deze resultaten laten zien dat het vinden van een manier om defectvrije GNR's aan te sluiten op de gewenste elektroden de belangrijkste strategie kan zijn om hoogwaardige, elektronica met een laag stroomverbruik."