Forskere bruger elektronblæk til at skrive på grafenpapir

(Phys.org) —Nanoskalaskrivning tilbyder en pålidelig måde at registrere information ved ekstremt høj tæthed, hvilket gør det til et lovende værktøj til mønstre af nanostrukturer til en række elektroniske applikationer. I en nylig undersøgelse, forskere har demonstreret en enkel, men effektiv måde at skrive og tegne på nanoskalaen ved at bruge en elektronstråle til selektivt at bryde kulstofatomerne i enkeltlagsgrafen.

Forskerne, Wei Zhang og Luise Theil Kuhn på Danmarks Tekniske Universitet i Roskilde, Danmark; og Qiang Zhang og Meng-Qiang Zhao ved Tsinghua University i Beijing, Kina, har offentliggjort deres undersøgelse om at bruge elektronblæk til at skrive på grafenpapir i et nyligt nummer af Nanoteknologi .

"Evnen til at registrere information har været direkte korreleret med den menneskelige civilisations proces siden oldtiden, " fortalte Wei Zhang Phys.org . "Papir og blæk er de to væsentlige faktorer for at registrere historie. I øjeblikket, informationskommunikation er forløbet i et hidtil uset omfang."

Nanoskala skrivning, som i bund og grund er manipulation af stof på nanoskalaen, er allerede blevet udforsket bredt. De nuværende metoder kan klassificeres i to grupper:litografi (top-down), som præger et færdigt mønster på et underlag, men har begrænset opløsning; og selvmontering (bottom up), som manipulerer atomer eller molekyler individuelt, men står over for udfordringer med kontrollerbarhed.

Heri, forskerne foreslog en kombinationsmetode baseret på begge typer metoder for at overvinde vanskelighederne ved hver, som de demonstrerede på "det tyndeste papir i verden":grafen.

"Grafens fremkomst kræver bred opmærksomhed, " sagde Qiang Zhang. "Et tydeligt kendetegn er dens fladhed, som giver den perfekte mulighed for at blive betragtet som det tyndeste papir. For at skrive direkte på dette ultimative tynde papir, det passende blæk skal findes. I den lille skala, typisk nanoskala, blækkandidaten skal opfylde kvalifikationen som både højopløst skrive- og visualiseringsfunktion. Derfor, højenergielektroner i et transmissionselektronmikroskop (TEM) er det bedste valg. Elektronstrålen kan manipuleres som blæk til direkte skrivning, men er i sig selv usynlig."

Som forskerne forklarer, kulstofatomerne i grafen er følsomme over for en række forskellige strålingseffekter. Her, en 300 keV elektronstråle blev brugt til at bryde lokale carbon-carbon-bindinger i enkeltlags grafen. Når båndene går i stykker, kulstofatomer sparkes af, resulterer i dinglende bindinger, der frit kan tiltrække nye kulstofarter fra vakuumet og på grafenoverfladen. Disse nye amorfe kulstofarter bliver absorberet på de dinglende bindinger for at stabilisere kanten, dannes kun langs scanningsretningen af ​​elektronstrålen.

"Vores arbejde viser gennemførligheden af ​​direkte at skrive mønstre på det tyndeste materiale, grafen, i en positions- og størrelseskontrollerbar stil gennem manipulering af elektroner, " sagde Wei Zhang.

Denne teknik giver både god kontrollerbarhed og høj opløsning. Forskerne demonstrerede en skriftstørrelse (defineret af linjernes bredde) så lav som 2-3 nm. Ud over, grafenen bevarede sin morfologi efter skriveprocessen. Med disse fordele, forskerne håber, at den nye nanoskala-skriveteknik vil vise sig nyttig til fremtidige nanoskalaskrivning og nanoelektroniske applikationer, såsom nye mikroskala grafenkredsløb.

I fremtiden, hvis der er yderligere midler til rådighed, forskerne håber at forbedre opløsningen og effektiviteten af ​​denne nanoskala-skriveteknik.

"Mere kompleks skrivning kan opnås ved at kombinere foruddefineret formdesign i softwaren, Qiang Zhang sagde. "Et ultimativt mål er at opnå atomskalaskrivning let og præcist til design af elektroniske kredsløb."

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.