Met letterlijk de dikte van één koolstofatoom en elektrische eigenschappen die die van standaard halfgeleidertechnologieën kunnen overtreffen, grafeen nanoribbons beloven een nieuwe generatie geminiaturiseerde elektronische apparaten. De theorie, echter, blijft de realiteit ver vooruit, met de huidige grafeen nanoribbons die hun potentieel niet bereiken.

Een nieuwe gezamenlijke studie gezien in Communicatiematerialen door een project van CREST, JST Japan inclusief Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. en Fujitsu Ltd., en de Universiteit van Tokyo rapporteert de allereerste 17-koolstof brede grafeen nanoribbon en bevestigt dat deze de kleinste bandgap heeft die tot nu toe is gezien onder bekende grafeen nanoribbons die bottom-up zijn bereid.

Grootschalige geïntegreerde schakelingen (LSI's) die siliciumhalfgeleiders gebruiken, worden gebruikt in een breed scala aan elektronische apparaten, overal, van computers tot smartphones. Ze ondersteunen tegenwoordig ons leven en bijna al het andere. Echter, hoewel LSI's de apparaatprestaties hebben verbeterd door de grootte van de apparaten te verkleinen, De miniaturisering van LSI nadert zijn limiet. Tegelijkertijd, commerciële vraag blijft bedrijven onder druk zetten om beter presterende smartphones te maken in kleinere formaten, terwijl de druk van de industrie grootschalige productie vereist met kleinere apparatuur.

Andere methoden en/of materialen zijn zeker nodig om deze problemen op te lossen, zegt de groepsleider Dr. Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

"Siliciumhalfgeleiders leveren ons betere prestaties bij kleinere afmetingen. we bereiken de limiet in hoe klein we apparaten kunnen maken. Dus, we hebben hoge verwachtingen van de prestaties van grafeen nanoribbons, die halfgeleidende eigenschappen hebben die slechts één atoom dik zijn - een 2D-materiaal, " merkt hij op.

Grafeen nanoribbons zijn honingraatachtige structuren en, vergeleken met grafeen en koolstofnanobuizen, zijn het minder bekende op koolstof gebaseerde lid van de halfgeleiderfamilie. Grafeen nanoribbons vertonen unieke elektronische en magnetische eigenschappen die niet voorkomen in tweedimensionaal grafeen.

"Interessant, de elektronische en magnetische eigenschappen van grafeen nanoribbons zijn op grote schaal afgestemd als een functie van de breedte en randstructuur", zegt prof. Hiroko Yamada van NAIST.

Grafeen nanoribbons van het type fauteuil, die een veelbelovend type nanolint zijn voor apparaattoepassing, breedte-afhankelijke bandgap weergeven. Ze kunnen worden ingedeeld in drie subfamilies (3p, 3p + 1, 3p + 2), hun bandhiaten zijn omgekeerd evenredig met de breedte van die families. In principe, wijdere grafeen nanoribbons met de rand van de fauteuil die behoren tot de 3p + 2 subfamilie hebben de kleinste bandgaps tussen verschillende grafeen nanoribbons, met een aanzienlijk potentieel om te worden benut in op GNR gebaseerde apparaten.

Tot dusver, 13-fauteuil grafeen nanoribbons behorend tot de 3p + 1 subfamilie met een band gap van meer dan 1 eV zijn gemeld, maar Sato, Yamada en collega's tonen de synthese van een 17-grafeen nanoribbon behorend tot de 3p + 2 subfamilie, die nog kleinere bandgaps hebben.

De grafeen-nanoribbonsynthese was gebaseerd op de bottom-upbenadering, genaamd "on-surface synthese, " en een op dibroombenzeen gebaseerd molecuul werd gebruikt als een voorloper voor grafeen-nanoribbonsynthese op het oppervlak.

"Er zijn veel methoden om grafeen nanoribbons te synthetiseren, maar om atomair nauwkeurige grafeen nanoribbons te produceren, we besloten om de bottom-up benadering te gebruiken. Het belangrijke punt is dat de structuur van de voorloper de uiteindelijke structuur van grafeen nanoribbons kan bepalen als we de bottom-up benadering gebruiken, " legt Dr. Hironobu Hayashi van NAIST uit, die ook meewerkte aan het onderzoek.

Scanning tunnel microscopie en spectroscopie door Dr. Junichi Yamaguchi bij Fujitsu. Ltd. en contactloze atomic force microscopie door Dr. Akitoshi Shiotari en Prof. Yoshiaki Sugimoto aan de Universiteit van Tokyo bevestigden de atomaire en elektronische structuur van de verworven grafeen nanoribbons met 17 leunstoelen. Aanvullend, de experimenteel verkregen bandgap van 17-fauteuil grafeen nanoribbons bleek 0,6 eV te zijn, en dit is de eerste demonstratie van de synthese van grafeen nanoribbons met een band gap kleiner dan 1 eV op een gecontroleerde manier.

"We verwachten dat deze 17-koolstof brede grafeen nanoribbons de weg vrijmaken voor nieuwe op GNR gebaseerde elektronische apparaten, " zegt Sato.