Grafen nanobånd bliver metalliske

Forskere ved Aalto Universitetet er lykkedes med eksperimentelt at realisere metalliske grafen nanobånd (GNR'er), der kun er 5 kulstofatomer brede. I deres artikel offentliggjort i Naturkommunikation , forskergruppen demonstrerede fremstilling af GNR'erne og målte deres elektroniske struktur. Resultaterne tyder på, at disse ekstremt smalle og enkeltatom-tykke bånd kan bruges som metalliske forbindelser i fremtidige mikroprocessorer.

Grafen nanobånd er blevet foreslået som ideelle ledninger til brug i fremtidig nanoelektronik:når størrelsen af ​​ledningen reduceres til atomskalaen, grafen forventes at overgå kobber med hensyn til ledningsevne og modstand mod elektromigrering, som er den typiske nedbrydningsmekanisme i tynde metaltråde. Imidlertid, alle påviste grafen nanobånd har været halvledende, hvilket hæmmer deres brug som sammenkoblinger. Ledet af prof. Peter Liljeroth, forskere fra Atomic Scale Physics and Surface Science-grupperne har nu eksperimentelt vist, at visse atomisk præcise grafen nanobåndbredder er næsten metalliske, i overensstemmelse med tidligere forudsigelser baseret på teoretiske beregninger.

Holdet brugte state-of-the-art scanning tunneling microscopy (STM), der giver dem mulighed for at undersøge materialets struktur og egenskaber med atomopløsning. "Med denne teknik, vi målte egenskaberne af individuelle bånd og viste, at bånd længere end 5 nanometer udviser metallisk adfærd, "siger dr. Amina Kimouche, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen.

Fremstillingen af ​​nanobånd er baseret på en kemisk reaktion på en overflade. "Det fede ved fremstillingsproceduren er, at forstadiemolekylet præcist bestemmer bredden af ​​båndet. Hvis du vil have ét-carbon-atom-brede bånd, du skal bare vælge et andet molekyle, " forklarer Dr Pekka Joensuu, der overvågede syntesen af ​​forløbermolekylerne til båndene.

De eksperimentelle fund blev suppleret med teoretiske beregninger fra Quantum Many-Body Physics-gruppen under ledelse af Dr. Ari Harju. Teorien forudsiger, at når bredden af ​​båndene øges atom-for-atom, hver tredje bredde skal være (næsten) metallisk med et meget lille båndgab. "Ifølge kvantemekanikken, normalt, når du gør dit system mindre, det øger båndgabet. Grafen kan fungere anderledes på grund af dets ekstraordinære elektroniske egenskaber, "siger Harjus doktorand Mikko Ervasti, hvem der udførte beregningerne.

Disse resultater baner vejen for brug af grafen i fremtidige elektroniske enheder, hvor disse ultrasmalle bånd kunne erstatte kobber som sammenkoblingsmateriale. Fremtidige undersøgelser vil fokusere på alle-grafen-enheder, der kombinerer både metalliske og halvledende grafen-nanostrukturer. "Selvom vi er langt fra rigtige applikationer, det er et ekstremt spændende koncept at bygge nyttige enheder ud fra disse bittesmå strukturer og at opnå grafenkredsløb med kontrollerede kryds mellem GNR'er, ”siger Liljeroth.