En lille defekt, der kan skabe mindre, Hurtigere elektronik

(PhysOrg.com) -- Når de fleste af os hører ordet "defekt", vi tænker på et problem, der skal løses. Men et team af forskere ved University of South Florida (USF) skabte en ny defekt, der blot kunne være en løsning på en voksende udfordring i udviklingen af ​​fremtidige elektroniske enheder.

Holdet ledet af USF-professorerne Matthias Batzill og Ivan Oleynik, hvis opdagelse blev offentliggjort i går i tidsskriftet Natur nanoteknologi , har udviklet en ny metode til at tilføje en udvidet defekt til grafen, et et-atom-tykt plan ark af kulstofatomer, som mange mener kunne erstatte silicium som materialet til at bygge stort set al elektronik.

Det er ikke nemt at arbejde med grafen, imidlertid. For at være nyttig i elektroniske applikationer som integrerede kredsløb, der skal indføres små fejl i materialet. Tidligere forsøg på at lave de nødvendige defekter har enten vist sig inkonsekvente eller produceret prøver, hvor kun kanterne af tynde strimler af grafen eller grafen nanobånd havde en nyttig defektstruktur. Imidlertid, atomisk-skarpe kanter er vanskelige at skabe på grund af naturlig ruhed og den ukontrollerede kemi af dinglende bindinger ved kanten af ​​prøverne.

USF-teamet har nu fundet en måde at skabe en veldefineret, udvidet defekt flere atomer på tværs, indeholdende ottekantede og femkantede carbonringe indlejret i et perfekt grafenark. Denne defekt fungerer som en kvasi-endimensional metallisk ledning, der let leder elektrisk strøm. Sådanne defekter kan bruges som metalliske forbindelser eller elementer i enhedsstrukturer af kulstof, elektronik på atomare skala.

Så hvordan gjorde holdet det? Forsøgsgruppen, styret af teori, brugte de selvorganiserende egenskaber af et enkeltkrystal nikkelsubstrat, og brugte en metallisk overflade som et stillads til at syntetisere to grafen-halvplader oversat i forhold til hinanden med atomær præcision. Da de to halvdele smeltede sammen ved grænsen, de dannede naturligvis en udvidet linjedefekt. Både scanningstunnelmikroskopi og elektroniske strukturberegninger blev brugt til at bekræfte, at denne nye endimensionelle kulstofdefekt havde en veldefineret, periodisk atomstruktur, samt metalliske egenskaber inden for den smalle strimmel langs defekten.

Denne lille ledning kan have en stor indflydelse på fremtiden for computerchips og det utal af enheder, der bruger dem. I slutningen af ​​det 20. århundrede, computeringeniører beskrev et fænomen kaldet Moores lov, hvilket går ud på, at antallet af transistorer, der til en overkommelig pris kan indbygges i en computerprocessor, fordobles omtrent hvert andet år. Denne lov har vist sig at være korrekt, og samfundet har høstet fordelene efterhånden som computere bliver hurtigere, mindre, og billigere. I de seneste år, imidlertid, nogle fysikere og ingeniører er kommet til at tro, at uden nye gennembrud i nye materialer, vi kan snart nå slutningen af ​​Moores lov. Da siliciumbaserede transistorer bringes ned til deres mindst mulige skala, at finde måder at pakke mere på en enkelt processor bliver stadig sværere.

Metalliske ledninger i grafen kan være med til at opretholde hastigheden af ​​mikroprocessorteknologi, som er forudsagt af Moores lov langt ud i fremtiden. USF-holdets opdagelse, med støtte fra National Science Foundation, kan åbne døren til skabelsen af ​​den næste generation af elektroniske enheder ved hjælp af nye materialer. Vil denne nye opdagelse være tilgængelig med det samme i nye nano-enheder? Måske ikke lige med det samme men det kan være et afgørende skridt i udviklingen af ​​mindre, endnu stærkere, elektroniske enheder i en ikke alt for fjern fremtid.