Essentiële elektronische componenten, zoals diodes en tunnelbarrières, kunnen met atomaire precisie in enkele grafeendraden (nanoribbons) worden verwerkt. Het doel is om op grafeen gebaseerde elektronische apparaten te maken met extreem hoge operationele snelheden. De ontdekking is gedaan in een samenwerking tussen Aalto University en hun collega's van de Universiteit Utrecht en de TU Delft in Nederland. Het werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het 'wondermateriaal' grafeen heeft veel interessante eigenschappen, en onderzoekers over de hele wereld zijn op zoek naar nieuwe manieren om ze te gebruiken. Grafeen zelf heeft niet de eigenschappen die nodig zijn om elektrische stromen aan en uit te zetten en voor dit specifieke probleem moeten slimme oplossingen worden gevonden. "We kunnen grafeenstructuren maken met atomaire precisie. Door bepaalde voorloperstoffen (moleculen) te selecteren, we kunnen de structuur van het elektrische circuit met extreme nauwkeurigheid coderen, " legt Peter Liljeroth van Aalto University uit, die samen met Ingmar Swart van de Universiteit Utrecht het onderzoeksproject bedacht.

Naadloze integratie

De elektronische eigenschappen van grafeen kunnen worden gecontroleerd door het te synthetiseren in zeer smalle stroken (grafeen nanoribbons). Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de elektronische eigenschappen van het lint afhankelijk zijn van de atomaire breedte. Een lint van vijf atomen breed gedraagt ​​zich op dezelfde manier als een metalen draad met extreem goede geleidingseigenschappen, maar door twee atomen toe te voegen, wordt het lint een halfgeleider. "We zijn nu in staat om vijf atoombrede linten naadloos te integreren met zeven atoombrede linten. Dat geeft je een metaal-halfgeleiderovergang, wat een basisbouwsteen is van elektronische componenten, ’ aldus Ingmar Swart.

Chemie op een oppervlak

De onderzoekers produceerden hun elektronische grafeenstructuren door een chemische reactie. Ze verdampten de voorlopermoleculen op een goudkristal, waar ze op een zeer gecontroleerde manier reageren om nieuwe chemische verbindingen op te leveren. "Dit is een andere methode dan die momenteel wordt gebruikt om elektrische nanostructuren te maken, zoals die op computerchips. voor grafeen, het is zo belangrijk dat de structuur nauwkeurig is op atomair niveau en het is waarschijnlijk dat de chemische route de enige effectieve methode is, ’, besluit Ingmar Swart.

Elektronische kenmerken:

De onderzoekers gebruikten geavanceerde microscopische technieken om ook de elektronische en transportkenmerken van de resulterende structuren te bepalen. Het was mogelijk om elektrische stroom te meten door een grafeen nanoribbon-apparaat met een exact bekende atomaire structuur. "Dit is de eerste keer dat we bijvoorbeeld een tunnelbarrière kunnen maken en de exacte atomaire structuur ervan echt kennen. Gelijktijdige meting van elektrische stroom door het apparaat stelt ons in staat om theorie en experiment op een zeer kwantitatief niveau te vergelijken, " zegt Peter Liljeroth.