Ny selvsamlende metode til fremstilling af grafen nanobånd

Først karakteriseret i 2004, grafen er et todimensionelt materiale med ekstraordinære egenskaber. Tykkelsen af ​​kun et kulstofatom, og hundredvis af gange hurtigere til at lede varme og opladning end silicium, grafen forventes at revolutionere højhastighedstransistorer i den nærmeste fremtid.

Grafens eksotiske elektroniske og magnetiske egenskaber kan skræddersyes ved at skære store ark af materialet ned til bånd af specifikke længder og kantkonfigurationer - videnskabsmænd har teoretiseret, at nanobånd med zigzag-kanter er de mest magnetiske, hvilket gør dem velegnede til spintronics-applikationer. (Spintronics-enheder, i modsætning til konventionel elektronik, bruge elektronernes spins i stedet for deres ladning.)

Men denne "top-down" fremstillingstilgang er endnu ikke praktisk, fordi de nuværende litografiske teknikker til at skræddersy båndene altid giver defekter.

Nu, forskere fra UCLA og Tohoku University har opdaget en ny selvsamlende metode til fremstilling af defektfri grafen nanobånd med periodiske zigzag-kantområder. I denne "bottom-up" teknik, forskere bruger et kobbersubstrats unikke egenskaber til at ændre den måde, prækursormolekylerne reagerer på hinanden, når de samles til grafen nanobånd. Dette gør det muligt for forskerne at kontrollere nanobåndets længde, kantkonfiguration og placering på underlaget.

Denne nye metode til fremstilling af grafen ved selvsamling er et springbræt i retning af produktion af selvsamlede grafenenheder, der vil forbedre ydeevnen af ​​datalagringskredsløb markant, batterier og elektronik.

Paul Weiss, fremtrædende professor i kemi og biokemi og medlem af UCLAs California NanoSystems Institute, udviklet metoden til fremstilling af nanobåndene med Patrick Han og Taro Hitosugi, professorer ved Advanced Institute of Materials Research ved Tohoku University i Sendai, Japan, som Weiss også er medlem af. Undersøgelsen blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet ACS Nano .

"At lave enheder af grafen, vi er nødt til at kontrollere dens geometriske og elektroniske strukturer, " sagde Weiss. "At lave zigzag-kanter gør begge dele samtidigt, da der er nogle specielle egenskaber ved grafen nanobånd med zigzag kanter. At have disse i hånden vil sætte os i stand til at teste teoretiske forudsigelser om dem, såsom magnetiske egenskaber."

Andre bottom-up metoder til fremstilling af grafen er blevet forsøgt, men de har produceret bundter af bånd, der efterfølgende skal isoleres og placeres til brug i enheder.

"Tidligere strategier i bottom-up molekylære samlinger brugte inerte substrater, såsom guld eller sølv, at give molekyler en masse frihed til at diffundere og reagere på overfladen, " sagde Han. "Men det betyder også, at måden, hvorpå disse molekyler samles, er fuldstændig bestemt af de intermolekylære kræfter og af den molekylære kemi. Vores metode åbner mulighed for selv-samlende enkelt-grafen enheder på ønskede steder, på grund af længden og retningskontrollen."