Udskiftning af underlag forbedrer kanterne af grafen nanobånd

Det er nu muligt at lave et værdsat materiale til spintroniske enheder og halvledere - monolags grafen nanobånd med zigzag kanter.

Miniscule bånd af grafen er meget eftertragtede byggesten til halvlederenheder på grund af deres forudsagte elektroniske egenskaber. Men at lave disse nanostrukturer har været en udfordring. Nu, et hold forskere fra Kina og Japan har udtænkt en ny metode til at lave strukturerne i laboratoriet. Deres resultater vises i det aktuelle nummer af Anvendt fysik bogstaver .

"Mange undersøgelser har forudsagt egenskaberne af grafen nanobånd med zigzag kanter, " sagde Guangyu Zhang, seniorforfatter på undersøgelsen. "Men i eksperimenter er det meget svært rent faktisk at lave dette materiale."

Tidligere, forskere har forsøgt at lave grafen nanobånd ved at placere plader af grafen over et lag silica og bruge atomart brint til at ætse strimler med zigzag-kanter, en proces kendt som anisotropisk ætsning. Disse kanter er afgørende for at modulere nanobåndets egenskaber.

Men denne metode fungerede kun godt til at lave bånd, der havde to eller flere grafenlag. Uregelmæssigheder i silica skabt af elektroniske toppe og dale gør overfladen ru, så det var en udfordring at skabe præcise zigzag-kanter på grafen-monolag. Zhang og hans kolleger fra det kinesiske videnskabsakademi, Beijing Key Laboratory for Nanomaterials and Nanodevices, og Collaborative Innovation Center of Quantum Matter gik sammen med japanske samarbejdspartnere fra National Institute for Materials Science for at løse problemet.

De erstattede den underliggende silica med bornitrid, et krystallinsk materiale, der er kemisk trægt og har en glat overflade fri for elektroniske stød og gruber. Ved at bruge dette substrat og den anisotrope ætsningsteknik, gruppen lavede med succes grafen nanobånd, der kun var et lag tykke, og havde veldefinerede zigzag-kanter.

"Det er første gang, vi nogensinde har set, at grafen på en bornitridoverflade kan fremstilles på en så kontrollerbar måde, " forklarede Zhang.

De zigzag-kantede nanobånd viste høj elektronmobilitet i området 2000 cm2/Vs selv ved bredder på mindre end 10nm - den højeste værdi, der nogensinde er rapporteret for disse strukturer - og skabte rene, smalle energibåndsgab, hvilket gør dem til lovende materialer til spintroniske og nano-elektroniske enheder.

"Når du mindsker bredden af ​​nanobåndene, mobiliteten falder drastisk på grund af kantdefekter, " sagde Zhang. "Ved brug af standard litografiske fremstillingsteknikker, undersøgelser har set mobilitet på 100 cm2/Vs eller endnu lavere, men vores materiale overstiger stadig 2000 cm2/Vs selv på en skala under 10 nanometer, demonstrerer, at disse nanobånd er af meget høj kvalitet."

I fremtidige undersøgelser, udvidelse af denne metode til andre former for substrater kunne muliggøre hurtig storskalabehandling af monolag af grafen for at lave højkvalitets nanobånd med zigzag-kanter.