2D-øer i grafen lover fremtidig enhedsfremstilling

I hvad der kunne vise sig at være et betydeligt fremskridt i fremstillingen af ​​grafen-baserede nanoenheder, et hold af Berkeley Lab-forskere har opdaget en ny mekanisme til at samle todimensionelle (2D) molekylære "øer", der kan bruges til at modificere grafen på nanometerskalaen. Disse 2D-øer består af F4TCNQ-molekyler, der fanger elektrisk ladning på måder, der er potentielt nyttige til grafen-baseret elektronik.

"Vi rapporterer om en scanningstunnelmikroskopi og kontaktfri atomkraftmikroskopiundersøgelse af F4TCNQ-molekyler på overfladen af ​​grafen, hvor molekylerne samles i 2D tætpakket øer, " siger Michael Crommie, en fysiker, der har fælles aftaler med Berkeley Lab's Materials Sciences Division og UC Berkeley's Physics Department. "De resulterende øer kunne bruges til at kontrollere ladningsbærerens tæthed i grafensubstrater, samt at modificere, hvordan elektroner bevæger sig gennem grafen-baserede enheder. De kan også bruges til at danne præcise mønstre i nanoskala, der udviser strukturel perfektion i atomskala, som ikke kan matches af konventionelle fremstillingsteknikker."

Crommie er en af ​​fire tilsvarende forfattere til et papir, der beskriver denne forskning udgivet af ACS Nano . Artiklen har titlen "Molecular Self-Assembly in a Poorly Screened Environment:F4TCNQ on Graphene/BN." De andre tilsvarende forfattere er Steven Louie og Marvin Cohen, både med Berkeley Lab og UC Berkeley, og Jiong Lu fra National University of Singapore. (Se nedenfor for en komplet liste over medforfattere)

Grafen er et ark af rent kulstof, der kun er et atom tykt, hvorigennem elektroner hastighed 100 gange hurtigere, end de bevæger sig gennem silicium. Grafen er også slankere og stærkere end silicium, gør det til et potentielt superstjernemateriale til elektronikindustrien. Imidlertid, grafen skal være elektrisk doteret for at indstille antallet af ladningsbærere, det indeholder for at være nyttigt i enheder, og F4TCNQ har vist sig at være et effektivt dopingmiddel til at transformere grafen til en "p-type" halvleder.

"F4TCNQ er kendt for at udvinde elektroner fra et substrat, ændrer således substratladningsbærerens tæthed, " siger Crommie. "Tidligere undersøgelser så på F4TCNQ adsorberet på grafen understøttet af et metalsubstrat, hvilket skaber et meget afskærmet miljø. F4TCNQ adsorberet på grafen understøttet af isolatoren bornitrid (BN) skaber et dårligt screenet miljø. Vi fandt ud af, at i modsætning til metaller, F4TCNQ-molekyler på grafen/BN danner 2D-øer ved hjælp af en unik selvsamlingsmekanisme, der drives af langrækkende Coulomb-interaktioner mellem de ladede molekyler. Negativt ladede molekyler smelter sammen til en ø, øge den lokale arbejdsfunktion over øen og få yderligere elektroner til at strømme ind i øen. Disse yderligere elektroner får grafenlagets samlede energi til at falde, resulterer i øens sammenhængskraft."

Crommie og hans medforfattere mener, at denne mekanisme til dannelse af 2D-øer også bør gælde for andre molekylære adsorbatsystemer, der udviser ladningsoverførsel i dårligt screenede miljøer, derved åbner døren for tuning af egenskaberne af grafenlag til enhedsapplikationer.