Forskere laver enkeltatoms litografi i grafen

(PhysOrg.com) - Lidt zink kan gøre meget skade på grafen. Rice University-forskere har draget fordel af det til at skabe et-atomart-lag litografi.

Kemikeren James Tours Rice-laboratorium rapporterede i denne uge i tidsskriftet Science, at forstøvning af zink på flerlagsgrafen gjorde det muligt for holdet at fjerne et enkelt lag ad gangen uden at forstyrre lagene nedenunder.

Opdagelsen kan være nyttig, da forskere udforsker grafens elektriske egenskaber for nye generationer af mikrokredsløb og andre grafen-baserede enheder. grafen, den et-atom-tykke form af kulstof, vandt sine opdagere den seneste Nobelpris i fysik.

Forskerne skabte et skakternet af grafen ved at fjerne vandrette og lodrette lag for at skabe et tredimensionelt mønster.

De trykte også en mikrougle, Ris maskot, omkring 15 milliontedele meter bred.

"Fjernelsen af ​​et enkelt ark grafen eller grafenoxid var en overraskelse, " sagde Tour, Rice's T.T. og W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og i datalogi. "Vi troede, at flere lag ville blive fjernet af denne protokol, men at se enkelte lag fjernet er en af ​​de spændende begivenheder i videnskaben, hvor naturen giver os langt mere, end vi havde forventet."

Tour sagde, at muligheden for at fjerne enkelte lag grafen på en kontrolleret måde "giver det mest præcise niveau af enhedsmønstre, der nogensinde er kendt, eller nogensinde at blive kendt, hvor vi har enkeltatom opløsning i den lodrette dimension. Dette vil for altid være grænsen for lodret mønster - vi har ramt bunden af ​​skalaen."

Ayrat Dimiev, en postdoc i Tours laboratorium, opdagede teknikken og fandt ud af, hvorfor grafen er så modtagelig for mønstre. Han sputterede zink på grafenoxid og andre varianter skabt gennem kemisk omdannelse, kemisk dampaflejring og mikromekanisk ("Scotch-tape" -metoden). Ved at bade grafenen i fortyndet saltsyre fjernede grafenen overalt, hvor zinken rørte ved det, efterlader lagene nedenunder intakte. Grafenen blev derefter skyllet med vand og tørret i en strøm af nitrogen.

For uglen, Dimiev skar en stencil i PMMA med en elektronstråle og lagde den på grafenoxid. Han sputter-coated zink gennem stencilen og vaskede derefter zinken væk med fortyndet saltsyre, efterlader den indlejrede ugle bag sig.

Sputter-coating grafen med aluminium viste lignende effekter. Men da Dimiev forsøgte at påføre zink via termisk fordampning, grafenen forblev intakt.

Undersøgelse af den sputterede overflade før påføring af syrevasken afslørede, at metallerne dannede defekter i grafenen, bryde bindinger med det omgivende ark som en fræser gennem kyllingetråd. Sputtering zink, aluminium, guld og kobber havde alle lignende virkninger, selvom zink var bedst til at levere den ønskede mønster.

Forskerne var i stand til at skabe en 100 nanometer linje i et ark grafen, hvilket antyder, at den eneste vandrette grænse for processens opløsning er opløsningen af ​​metalmønstermetoden.

"Det næste trin vil være at kontrollere det vandrette mønster med samme præcision som det, vi har opnået i den vertikale dimension, " sagde Tour. "Så er der ikke mere plads i bunden i nogen dimension, i hvert fald hvis vi kalder enkeltatomer for vores slutpunkt - hvilket det er, til praktiske formål."