Schweiziske forskere afklarer reaktionsveje for at fremstille grafenlignende materialer

Grafen er et lovende materiale til morgendagens nanoelektroniske enheder. Der søges dog stadig efter præcise og opskalerbare metoder til at fremstille grafen og afledte materialer med ønskede elektroniske egenskaber. For at overvinde de nuværende begrænsninger, Empa-forskere har fremstillet grafenlignende materialer ved hjælp af en overfladekemisk vej og præciseret i detaljer den tilsvarende reaktionsvej. Værket er netop blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift "Nature Chemistry". Forskerne kombinerede empiriske observationer ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi med computersimuleringer.

Elektroniske komponenter bliver mindre og mindre, med mikroelektroniske komponenter, der gradvist erstattes af nanoelektroniske. På nanoskala dimensioner, silicium, som på nuværende tidspunkt er det mest anvendte materiale inden for halvlederteknologi, når dog en grænse, forhindre yderligere miniaturisering og teknologiske fremskridt. Der er derfor stor efterspørgsel efter nye elektroniske materialer. På grund af dets enestående elektroniske egenskaber, grafen, et todimensionelt kulstofnetværk, betragtes som en mulig erstatning. Imidlertid, flere forhindringer skal overvindes, før grafen kan bruges i halvlederteknologi. For eksempel, i øjeblikket er der ingen let anvendelig metode til storskalabehandling af grafenlignende materialer.

Empa-forskere fra nanotech@surfaces Laboratory rapporterede om en overfladekemisk vej til fremstilling af små fragmenter af grafen, såkaldte nanografener. Ved at bruge en prototypisk polyphenylen-precursor, forskerne præciserede, sammen med forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz (Tyskland) og universitetet i Zürich, hvordan reaktionsvejen forløber i detaljer på en kobberoverflade og hvordan byggestenene kan omdannes til plane nanografener direkte på overfladen. Værket blev offentliggjort sidste søndag i det videnskabelige tidsskrift Naturkemi som en avanceret online publikation.

Succesfulde partnere:eksperiment og simulering

Til deres undersøgelser kombinerede forskerne empiriske observationer, især fra scanning tunnelmikroskopi med computersimuleringer. Simuleringerne bruges til at bestemme, om et teoretisk muligt reaktionstrin er energetisk muligt eller ej. Resultatet:reaktionsvejen består af seks trin med fem mellemprodukter. To af dem er stabiliseret af overfladen, så de kan afbildes stabilt med scanningstunnelmikroskopet. Reaktionsbarriererne, der forbinder de forskellige mellemprodukter, sænkes gennem en katalytisk virkning af substratet.

For at kunne integreres i elektroniske kredsløb, det grafenlignende materiale skal dog fremstilles på halvlederoverflader i stedet for metal. Forskerne har simuleret, om deres tilgang også kunne fungere på disse overflader, og resultaterne er meget lovende, viser, at overfladeunderstøttet syntese er en mulig måde at fremstille skræddersyede nanografener på en række forskellige substrater.

De tre søjler i nutidens videnskab:teori, eksperiment, og simulering

Fremskridt i nutidens videnskabelige forskning bygger på samme tid på teori, eksperimenter, og i stigende grad på computersimuleringer. Disse simuleringer er komplementære til ofte komplekse laboratorieforsøg og gør det muligt at få yderligere information, som ikke kan opnås med eksperimentelle metoder alene. Kombinationen af ​​eksperimenter og simuleringer samt de udledte teorier giver derfor mulighed for en mere og mere præcis forklaring og præcis forudsigelse af naturfænomener.