Molekylær selvmontering styrer grafenkantkonfiguration

Et forskerhold ledet af prof. Patrick Han og prof. Taro Hitosugi ved Advanced Institute of Materials Research (AIMR), Tohoku University opdagede en ny bottom-up-fremstillingsmetode, der producerer defektfrie grafen-nanoribbons (GNR'er) med periodiske zigzag-kantområder. Denne metode, som styrer GNR vækstretning og længdefordeling, er en springbræt i retning af fremtidig fremstilling af grafen-enhed ved selvsamling.

Graphene, med sin lave dimension, høj stabilitet, høj styrke, og høj ladningsbærermobilitet, lover at være et revolutionerende materiale til fremstilling af næste generations højhastighedstransistorer. I øvrigt, grafens egenskaber forudsiges at kunne styres direkte af dets struktur. For eksempel, nylige værker har vist, at båndgabet mellem lænestol -GNR'er styres af båndbredden. Imidlertid, egenskabens skræddersyede muligheder for andre kantkonformationer (f.eks. zigzag -kanten forudsiges af teorien at have magnetiske egenskaber) ikke er blevet testet, fordi deres fejlfri fremstilling fortsat er en stor udfordring.

"Tidligere strategier i bottom-up molekylære forsamlinger anvendte inerte substrater, såsom guld eller sølv, at give molekyler stor frihed til at diffundere og reagere på overfladen, "siger Han." Men det betyder også, at den måde, disse molekyler samles på, er fuldstændig bestemt af de intermolekylære kræfter og af molekylær kemi. "I øjeblikket er der er ikke noget molekyle, der kan samles for at producere zigzagkantede GNR'er.

For at målrette zigzagkanten, AIMR-teamet brugte en kobberoverflade-et substrat mere reaktivt end guld eller sølv-til at introducere nye substrat-til-molekyle interaktioner, foruden de intermolekylære interaktioner. Virkningerne af denne strategi blev demonstreret ved hjælp af et precursormolekyle, der vides at danne GNR'er med lænestol. På kobber, scanning af tunnelmikroskopbilleder afslørede en molekylær samling, der er helt anderledes end den på guld eller sølv, giver GNR'er med periodiske zigzag-kantområder. Fremtidige retninger omfatter vurdering af andre reaktive overflader til bund-op GNR fremstilling, og bestemmelse af egenskabstilpassede effekter af GNR-kanterne vist i dette arbejde.

I øvrigt, overfladereaktiviteten af ​​kobbersubstratet har også en dybtgående effekt på både GNR -længdefordelingen og overfladevækstretningen. I modsætning til tidligere forsamlinger, den nuværende metode producerer kortere bånd, kun i seks overfladeazimutale retninger. Disse funktioner kunne udnyttes til at lave enkelte grafenforbindelser mellem præfabrikerede strukturer ved selvsamling.

"Diffusionskontrollerede forsamlinger, set på guld og sølv, producere bundter af lange GNR'er. Disse metoder er gode til at lave sammenkoblingsarrays, men ikke enkeltforbindelser ", Siger Han. "Vores metode åbner mulighed for selvsamling af enkelte grafen-enheder på ønskede steder, på grund af længden og retningskontrollen. "