Tweedimensionale vellen grafeen in de vorm van linten van enkele tientallen nanometers doorsnee hebben unieke eigenschappen die zeer interessant zijn voor gebruik in toekomstige elektronica. Onderzoekers hebben nu voor het eerst nanoribbons die in beide mogelijke configuraties op dezelfde wafer zijn gegroeid, volledig gekarakteriseerd met een duidelijke route naar opschaling van de productie.

Grafeen in de vorm van nanoribbons vertoont zogenaamd ballistisch transport, wat betekent dat het materiaal niet opwarmt als er stroom doorheen gaat. Dit opent een interessant pad naar hoge snelheid, nano-elektronica met laag vermogen. De nanoribbon-vorm kan grafeen ook meer als een halfgeleider laten gedragen, dat is het type materiaal dat wordt aangetroffen in transistors en diodes. De eigenschappen van grafeen nanoribbons hangen nauw samen met de precieze structuur van de randen van het lint. Ook, de symmetrie van de grafeenstructuur laat de randen twee verschillende configuraties aannemen, zogenaamde zigzag en fauteuil, afhankelijk van de richting van de lange respectievelijk korte rand van het lint.

De nanoribbons werden onder goed gecontroleerde omstandigheden gekweekt op een sjabloon van siliciumcarbide en grondig gekarakteriseerd door een onderzoeksteam van MAX IV Laboratory, Techniche Universität Chemnitz, Leibniz Universität Hannover, en de Universiteit van Linköping. De sjabloon heeft richels die in twee verschillende kristallografische richtingen lopen om zowel de fauteuil als de zigzagvarianten van grafeen-nanoribbons te laten vormen. Het resultaat is een voorspelbare groei van hoogwaardige grafeen nanoribbons met een homogeniteit over een millimeterschaal en een goed gecontroleerde randstructuur.

Een van de nieuwe bevindingen is dat de onderzoekers ballistisch transport in het grootste deel van het nanolint konden aantonen. "Dit was mogelijk dankzij extreem uitdagende experimenten met vier sondes die werden uitgevoerd op een lengteschaal van minder dan 100 nm door de groep in Chemnitz, " zegt Alexei Zakharov, een van de auteurs.

De elektrische karakterisering laat ook zien dat de weerstand vele malen hoger is in de zogenaamde fauteuilconfiguratie van het lint, in tegenstelling tot de verkregen zigzagvorm met lagere weerstand. Dit duidt op een mogelijke opening van de band gap in de nanoribbons van de fauteuil, waardoor ze halfgeleidend zijn. Het proces dat wordt gebruikt voor het voorbereiden van de sjabloon voor nanoribbon-groei is gemakkelijk schaalbaar. Dit betekent dat het goed zou werken voor de ontwikkeling naar de grootschalige productie van grafeen-nanoribbons die nodig zijn om ze een goede kandidaat te maken voor een toekomstig materiaal in de elektronica-industrie.

"Tot dusver, we hebben gekeken naar nanolinten die 30-40 nanometer breed zijn. Het is een uitdaging om nanolinten te maken die 10 nanometer of minder zijn, maar ze zouden zeer interessante elektrische eigenschappen hebben, en er is een plan om dat te doen. Dan gaan we ze ook bestuderen bij de MAXPEEM beamline, ' zegt Zakharov.

De metingen die bij de MAXPEEM-bundellijn zijn uitgevoerd, zijn gedaan met een techniek waarvoor geen röntgenstralen nodig zijn. De beamline gaat dit voorjaar de inbedrijfstellingsfase in en zal dit jaar de gebruikers verwelkomen.