Verdens bredeste grafen nanobånd lover den næste generation af miniaturiseret elektronik

Med bogstaveligt talt tykkelsen af ​​et kulstofatom og elektriske egenskaber, der kan overgå standard halvlederteknologier, grafen nanobånd lover en ny generation af miniaturiserede elektroniske enheder. Teorien, imidlertid, forbliver langt foran virkeligheden, med nuværende grafen nanobånd, der ikke lever op til deres potentiale.

En ny samarbejdsundersøgelse set i Kommunikationsmaterialer af et projekt af CREST, JST Japan inklusive Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. og Fujitsu Ltd., og University of Tokyo rapporterer det første 17-carbon brede grafen nanobånd nogensinde og bekræfter, at det har det mindste båndgab, der er set til dato blandt kendte grafen nanobånd, der er fremstillet på en bottom-up måde.

Storskala integrerede kredsløb (LSI'er), der bruger siliciumhalvledere, bruges i en lang række elektroniske enheder, overalt fra computere til smartphones. De støtter faktisk vores liv og næsten alt andet i disse dage. Imidlertid, selvom LSI'er har forbedret enhedsydelse ved at reducere størrelsen af ​​enhederne, LSI-miniaturisering nærmer sig sin grænse. På samme tid, kommerciel efterspørgsel fortsætter med at lægge pres på virksomheder for at lave bedre ydende smartphones i mindre størrelser, mens industripresset kræver storproduktion med mindre udstyr.

Andre metoder og/eller materialer er absolut nødvendige for at løse disse problemer, siger gruppelederen Dr. Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

"Silicone-halvledere giver os bedre ydeevne ved mindre størrelser. vi er ved at nå grænsen for, hvor små vi kan lave enheder. Dermed, vi har høje forventninger til grafen nanobånds ydeevne, som har halvledende egenskaber, der kun er et atom tykt - et 2-D materiale, " konstaterer han.

Grafen nanobånd er honeycomb-lignende strukturer og, sammenlignet med grafen og kulstof nanorør, er det mindre kendte kulstofbaserede halvlederfamiliemedlem. Grafen nanobånd udviser unikke elektroniske og magnetiske egenskaber, der ikke vises i todimensionel grafen.

"Interessant nok, de elektroniske og magnetiske egenskaber af grafen nanobånd er bredt afstemt som en funktion af bredden og kantstrukturen." siger prof. Hiroko Yamada ved NAIST.

Nanobånd af grafen af ​​lænestol, som er lovende type nanobånd til enhedsapplikation, vise breddeafhængig båndgab. De kan klassificeres i tre underfamilier (3p, 3p + 1, 3p + 2), deres båndgab er omvendt proportional med bredden af ​​disse familier. I bund og grund, bredere lænestolskantede grafen nanobånd, der tilhører 3p + 2 underfamilien, har de mindste båndgab blandt forskellige grafen nanobånd, har et betydeligt potentiale til at blive udnyttet i GNR-baserede enheder.

Indtil nu, 13-lænestole grafen nanobånd, der tilhører 3p + 1 underfamilien med et båndgab på mere end 1 eV, er blevet rapporteret, men Sato, Yamada og kolleger viser syntesen af ​​et 17-grafen nanobånd, der tilhører 3p + 2 underfamilien, som har endnu mindre båndgab.

Syntesen af ​​grafen nanobånd var baseret på bottom-up tilgangen, kaldet "syntese på overfladen, " og et dibrombenzen-baseret molekyle blev brugt som en forløber for grafen-nanobåndsyntese på overfladen.

"Der er mange metoder til at syntetisere grafen nanobånd, men at producere atomisk præcise grafen nanobånd, vi besluttede at bruge bottom-up-tilgangen. Det vigtige punkt er, at strukturen af ​​forløberen kan definere den ultimative struktur af grafen nanobånd, hvis vi bruger bottom-up tilgangen, " forklarer NAISTs Dr. Hironobu Hayashi, som også har bidraget til undersøgelsen.

Scanning tunnel mikroskopi og spektroskopi af Dr. Junichi Yamaguchi på Fujitsu. Ltd. og berøringsfri atomkraftmikroskopi af Dr. Akitoshi Shiotari og Prof. Yoshiaki Sugimoto ved University of Tokyo bekræftede den atomare og elektroniske struktur af de erhvervede 17-lænestole grafen nanobånd. Derudover det eksperimentelt opnåede båndgab af 17-lænestols grafen nanobånd viste sig at være 0,6 eV, og dette er den første demonstration af syntesen af ​​grafen nanobånd med et båndgab mindre end 1 eV på en kontrolleret måde.

"Vi forventer, at disse 17-carbon brede grafen nanobånd vil bane vejen for nye GNR-baserede elektroniske enheder, " siger Sato.