Punktsvejsning af grafen nanobånd atom for atom

Forskere ved Aalto University og Utrecht University har skabt enkeltatomkontakter mellem guld og grafen nanobånd.

I deres artikel offentliggjort i Naturkommunikation , forskerholdet demonstrerer, hvordan man laver elektriske kontakter med enkeltkemiske bindinger til grafen nanobånd. Grafen er et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et bikagegitter. Det forventes at blive et revolutionerende materiale til fremtidens elektronik.

Grafentransistorer, der fungerer ved stuetemperatur, kræver arbejde i størrelsesskalaen på mindre end 10 nanometer. Det betyder, at grafen-nanostrukturerne kun skal være nogle få snesevis af atomer i bredden. Disse transistorer har brug for atomisk præcise elektriske kontakter. Et team af forskere har nu eksperimentelt demonstreret, hvordan dette kan gøres.

I deres artikel behandler forskerne problemet ved at demonstrere, hvordan en enkelt kemisk binding kan bruges til at skabe en elektrisk kontakt til et grafen nanobånd.

"Vi kan ikke bruge alligatorklemmer på atomær skala. Brug af veldefinerede kemiske bindinger er vejen frem for grafen-nanostrukturer til at realisere deres potentiale i fremtidens elektronik, " siger professor Peter Liljeroth, der leder atomskalafysikgruppen ved Aalto Universitet.

Holdet brugte atomic force microscopy (AFM) og scanning tunneling microscopy (STM) til at kortlægge strukturen af ​​grafen nanobåndene med atomopløsning. Forskerne brugte spændingsimpulser fra spidsen af ​​scanningstunnelmikroskopet til at danne enkeltbindinger til grafen-nanobåndene - netop på en bestemt atomart. Pulsen fjerner et enkelt brintatom fra enden af ​​et grafen nanobånd, og dette starter bindingsdannelsen.

"Kombineret AFM og STM giver os mulighed for at karakterisere grafen nanostrukturerne atom-for-atom, som er afgørende for at forstå, hvordan strukturen, bindingerne til kontakterne og deres elektriske egenskaber er relaterede, " forklarer Dr. Ingmar Swart, der leder teamet, der koncentrerer sig om STM- og AFM-målinger ved Utrecht University

Ved at kombinere mikroskopiske eksperimenter med teoretisk modellering, holdet udviklede et detaljeret billede af de kontaktede nanoribbon-egenskaber. Den mest betydningsfulde opdagelse er, at en enkelt kemisk binding danner en elektronisk gennemsigtig kontakt med grafen nanobåndet - uden at påvirke dets overordnede elektroniske struktur. Dette kan være nøglen til at bruge grafen nanostrukturer i fremtidige elektroniske enheder, da kontakten ikke ændrer båndets iboende egenskaber.

"Disse eksperimenter på atomisk veldefinerede strukturer giver os mulighed for kvantitativt at sammenligne teori og eksperimenter. Dette er en fantastisk mulighed for at teste nye teoretiske ideer, " konkluderer Dr. Ari Harju, leder af det teoretiske team i projektet på Aalto Universitet.

Undersøgelsen blev udført på Aalto University Department of Applied Physics og på Debye Institute i Utrecht University. Grupperne på Aalto er en del af Akademiet i Finlands ekspertisecentre inden for "Low Temperatur Quantum Phenomena and Devices" og "Computational Nanosciences". Finlands Akademi og Det Europæiske Forskningsråd ERC finansierede forskningen.

Artiklen har titlen "Suppression of elektron-vibron coupling in graphene nanoribbons contacted via a single atom."