Grafen sætter nanomaterialer i deres sted

Nanomaterialer tilbyder unikke optiske og elektriske egenskaber og bottom-up integration inden for industrielle halvlederfremstillingsprocesser. Imidlertid, de præsenterer også et af de mest udfordrende forskningsproblemer. I det væsentlige, Fremstilling af halvledere mangler i dag metoder til deponering af nanomaterialer på foruddefinerede chipplaceringer uden kemisk forurening. Vi tror, ​​at grafen, en af ​​de tyndeste, stærkeste, mest fleksible og mest ledende materialer på planeten, kunne hjælpe med at løse denne produktionsudfordring.

Vores hold, Industrial Technology and Science-gruppen i IBM Research-Brazil, er fokuseret på bygningen, Ansøgning, og indførelse af nanomaterialer (som er en milliontedel af en millimeter i størrelse) til store industrielle applikationer. Indtil for omkring 30 år siden, det var ikke muligt at se og manipulere enkelte atomer og molekyler. Med udviklingen af ​​nye teknikker, vi kan begynde at eksperimentere og teoretisere om virkningen af ​​et materiales adfærd på nanoskala.

I vores nye blad, "Graphene-aktiveret og rettet nanomaterialeplacering fra løsning til storstilet enhedsintegration", udgivet i Naturkommunikation , vi og vores akademiske samarbejdspartnere beviste for første gang, at det er muligt at elektrificere grafen, så det aflejrer materiale på ethvert ønsket sted på en fast overflade med en næsten perfekt valgdeltagelse på 97%. Brug af grafen på denne måde muliggør integration af nanomaterialer i waferskala og med nanometerpræcision.

Ikke alene er det muligt at deponere materiale på en bestemt, nanoskala placering, vi rapporterede også, at dette kan gøres parallelt, på flere deponeringssteder, hvilket betyder, at det er muligt at integrere nanomaterialer i masseskala.

Grafen er det tyndeste materiale, der er i stand til at lede elektricitet og udbrede elektriske felter. De elektriske felter er det, vi bruger til at placere nanomaterialer på et grafenark:Grafenens form og mønster (som vi designer) bestemmer, hvor nanomaterialerne placeres. Dette giver et hidtil uset niveau af præcision til at bygge nanomaterialer. I dag, denne tilgang udføres ved hjælp af standardmaterialer, mest metaller såsom kobber. Men udfordringen opstår, fordi det er næsten umuligt at fjerne kobberet fra nanomaterialerne, når det først er blevet samlet, uden at påvirke ydeevnen eller ødelægge nanomaterialet fuldstændigt. Grafen giver os ikke kun præcision i placeringen af ​​nanomaterialer, men er let at fjerne fra det samlede nanomateriale.

Vigtigt, metoden virker uanset nanomaterialets form, for eksempel, med kvanteprikker, nanorør, og todimensionelle nanoark. Vi har brugt metoden til at bygge fungerende transistorer og til at teste deres ydeevne. Ud over integreret elektronik, metoden kan bruges til partikelmanipulation og fangst i lab-on-chip (microfluidics) teknologi [US20170292934A1].

Fremskridtet med at bruge grafen til placering af nanomateriale kunne bruges til at skabe næste generations solpaneler, hurtigere chips i mobiltelefoner og tablets, eller undersøgende kvanteudstyr, som en elektrisk styret, on-chip kvantelysemitter eller detektor. En sådan enhed er i stand til at udsende eller detektere enkelte fotoner, en forudsætning for sikker kommunikation.

Beviser som denne offentliggjorte forskning tyder på, at grafen kunne muliggøre integration af nanomaterialer, som standardmaterialer (brugt i dag) ikke er i stand til at gøre. Dette kunne bane vejen for dets optagelse i industriel elektronikfremstilling, som er et nøglemål for en af ​​de mest ambitiøse forskningsindsatser globalt, Grafen flagskib. Ved at arbejde med industrielle partnere, vi håber at fremskynde videngenereringen, teknologiudvikling og indførelse af denne bottom-up metode til integration af nanomaterialer.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra IBM Research. Læs den originale historie her.