Nanomaterialen bieden unieke optische en elektrische eigenschappen en bottom-up integratie in industriële productieprocessen voor halfgeleiders. Echter, ze vormen ook een van de meest uitdagende onderzoeksproblemen. In essentie, de productie van halfgeleiders ontbreekt tegenwoordig aan methoden voor het deponeren van nanomaterialen op vooraf gedefinieerde chiplocaties zonder chemische verontreiniging. We denken dat grafeen, een van de dunste, sterkste, meest flexibele en meest geleidende materialen ter wereld, zou kunnen helpen bij het oplossen van deze productie-uitdaging.

Ons team, de Industrial Technology and Science-groep in IBM Research-Brazilië, is gericht op het gebouw, sollicitatie, en adoptie van nanomaterialen (die een miljoenste van een millimeter groot zijn) voor grootschalige industriële toepassingen. Tot ongeveer 30 jaar geleden, het was niet mogelijk om afzonderlijke atomen en moleculen te zien en te manipuleren. Met de ontwikkeling van nieuwe technieken, we kunnen beginnen met experimenteren en theoretiseren over de impact van het gedrag van een materiaal op nanoschaal.

In onze nieuwe krant "Grafeen-enabled en gerichte plaatsing van nanomaterialen van oplossing voor grootschalige apparaatintegratie", gepubliceerd in Natuurcommunicatie , wij en onze academische samenwerkingspartners hebben voor het eerst bewezen dat het mogelijk is om grafeen te elektrificeren zodat het materiaal op elke gewenste locatie op een vaste ondergrond neerslaat met een bijna perfecte opkomst van 97%. Door grafeen op deze manier te gebruiken, kunnen nanomaterialen op wafelschaal en met nanometerprecisie worden geïntegreerd.

Het is niet alleen mogelijk om materiaal op een specifieke, locatie op nanoschaal, we hebben ook gemeld dat dit parallel kan worden gedaan, op meerdere stortplaatsen, wat betekent dat het mogelijk is om nanomaterialen op massaschaal te integreren.

Grafeen is het dunste materiaal dat elektriciteit kan geleiden en elektrische velden kan voortplanten. De elektrische velden zijn wat we gebruiken om nanomaterialen op een grafeenvel te plaatsen:de vorm en het patroon van het grafeen (dat we ontwerpen) bepaalt waar de nanomaterialen worden geplaatst. Dit biedt een ongekend niveau van precisie voor het bouwen van nanomaterialen. Vandaag, deze aanpak wordt gedaan met behulp van standaard materialen, meestal metalen zoals koper. Maar de uitdaging doet zich voor omdat het bijna onmogelijk is om het koper uit de nanomaterialen te verwijderen als het eenmaal is geassembleerd, zonder de prestaties te beïnvloeden of het nanomateriaal volledig te vernietigen. Grafeen geeft ons niet alleen precisie bij het plaatsen van nanomaterialen, maar is gemakkelijk te verwijderen van het geassembleerde nanomateriaal.

belangrijk, de methode werkt ongeacht de vorm van het nanomateriaal, bijvoorbeeld, met kwantumstippen, nanobuisjes, en tweedimensionale nanosheets. We hebben de methode gebruikt om functionerende transistoren te bouwen en hun prestaties te testen. Naast geïntegreerde elektronica, de methode kan worden gebruikt voor het manipuleren en vangen van deeltjes in lab-on-chip (microfluidics) technologie [US20170292934A1].

De vooruitgang in het gebruik van grafeen voor het plaatsen van nanomaterialen kan worden gebruikt om zonnepanelen van de volgende generatie te maken, snellere chips in mobiele telefoons en tablets, of verkennende kwantumapparaten, als een elektrisch gestuurde, on-chip kwantumlichtzender of -detector. Zo'n apparaat kan afzonderlijke fotonen uitzenden of detecteren, een voorwaarde voor veilige communicatie.

Bewijs zoals dit gepubliceerde onderzoek suggereert dat grafeen de integratie van nanomaterialen mogelijk zou kunnen maken die standaardmaterialen (die tegenwoordig worden gebruikt) niet kunnen doen. Dit zou de weg kunnen effenen voor opname in de elektronicaproductie op industriële schaal, wat een hoofddoelstelling is van een van de meest ambitieuze onderzoeksinspanningen ter wereld, Grafeen vlaggenschip. Door samen te werken met industriële partners, we hopen de kennisgeneratie te versnellen, technologische ontwikkeling en adoptie van deze bottom-up methode voor de integratie van nanomaterialen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan IBM Research. Lees hier het originele verhaal.