Het is nu mogelijk om een ​​gewaardeerd materiaal te maken voor spintronische apparaten en halfgeleiders:monolaag grafeen nanolinten met zigzagranden.

Minuscule linten van grafeen zijn zeer gewilde bouwstenen voor halfgeleiderapparaten vanwege hun voorspelde elektronische eigenschappen. Maar het maken van deze nanostructuren is een uitdaging gebleven. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers uit China en Japan heeft een nieuwe methode bedacht om de structuren in het lab te maken. Hun bevindingen verschijnen in het huidige nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

"Veel studies hebben de eigenschappen voorspeld van grafeen nanoribbons met zigzagranden, " zei Guangyu Zhang, senior auteur van het onderzoek. "Maar in experimenten is het heel moeilijk om dit materiaal daadwerkelijk te maken."

Eerder, onderzoekers hebben geprobeerd grafeen nanoribbons te maken door vellen grafeen over een laag silica te plaatsen en atomaire waterstof te gebruiken om stroken met zigzagranden te etsen, een proces dat bekend staat als anisotroop etsen. Deze randen zijn cruciaal om de eigenschappen van het nanolint te moduleren.

Maar deze methode werkte alleen goed om linten te maken met twee of meer grafeenlagen. Onregelmatigheden in silica veroorzaakt door elektronische pieken en dalen ruwen het oppervlak, dus het creëren van precieze zigzagranden op grafeenmonolagen was een uitdaging. Zhang en zijn collega's van de Chinese Academie van Wetenschappen, Beijing Key Laboratory voor nanomaterialen en nanodevices, en het Collaborative Innovation Center of Quantum Matter werkten samen met Japanse medewerkers van het National Institute for Materials Science om het probleem op te lossen.

Ze vervingen het onderliggende silicium door boornitride, een kristallijn materiaal dat chemisch traag is en een glad oppervlak heeft zonder elektronische stoten en putjes. Door gebruik te maken van dit substraat en de anisotrope etstechniek, de groep maakte met succes grafeen nanoribbons die slechts één laag dik waren, en had goed gedefinieerde zigzagranden.

"Dit is de eerste keer dat we ooit hebben gezien dat grafeen op een boornitride-oppervlak op zo'n controleerbare manier kan worden vervaardigd, ' legde Zhang uit.

De nanoribbons met zigzagranden vertoonden een hoge elektronenmobiliteit in het bereik van 2000 cm2/Vs, zelfs bij breedtes van minder dan 10 nm - de hoogste waarde ooit gerapporteerd voor deze structuren - en creëerden schone, smalle energiebandhiaten, waardoor ze veelbelovende materialen zijn voor spintronische en nano-elektronische apparaten.

"Als je de breedte van de nanolinten verkleint, de mobiliteit neemt drastisch af door randdefecten, "zei Zhang. "Met behulp van standaard lithografie fabricagetechnieken, studies hebben een mobiliteit van 100 cm2/Vs of zelfs lager gezien, maar ons materiaal overschrijdt nog steeds 2000 cm2/Vs, zelfs op een schaal van minder dan 10 nanometer, waaruit blijkt dat deze nanolinten van zeer hoge kwaliteit zijn."

In toekomstige studies, het uitbreiden van deze methode naar andere soorten substraten zou de snelle grootschalige verwerking van monolagen van grafeen mogelijk maken om hoogwaardige nanolinten met zigzagranden te maken.