Ny metode kan lette brugen af ​​grafen nanobånd i nanoelektronik

En international samarbejdsundersøgelse, som omfatter forskere fra Tel Aviv University (TAU), præsenterede en ny metode til at dyrke ultralange og ultrasmalle strimler af grafen (et derivat af grafit), som udviser halvledende egenskaber, der kan udnyttes af nanoelektronikindustrien . Forskerne mener, at udviklingen kan have mange potentielle teknologiske anvendelser, herunder avancerede koblingsenheder, spintroniske enheder og i fremtiden endda kvantecomputerarkitekturer.

Undersøgelsen blev udført under ledelse af et internationalt forskerhold, der omfattede prof. Michael Urbakh og prof. Oded Hod fra TAU's School of Chemistry, samt forskere fra Kina, Sydkorea og Japan. Undersøgelsen blev publiceret i tidsskriftet Nature .

Prof. Urbakh og Prof. Hod forklarer, at grafen faktisk er et enkelt lag grafit lavet af kulstofatomer og bygget på samme måde som en bikube. Grafen er meget velegnet til teknologisk brug.

Ud over dens ekstraordinære mekaniske styrke er yderligere egenskaber blevet opdaget i de senere år vedrørende visse strukturer lavet af et lille antal snoede (lateralt roterede i forhold til hinanden) grafenlag. Disse egenskaber omfatter superledning, spontan elektrisk polarisering, kontrolleret varmeledning og strukturel supersmøreevne - en tilstand, hvor materialer udviser ubetydelig friktion og slid.

En af begrænsningerne for brugen af ​​grafen i elektronikindustrien er, at det er et halvmetal, nemlig at ladningsbærere kan bevæge sig frit i det, men deres tæthed er meget lav. Derfor kan grafen hverken bruges som et ledende metal eller som en halvleder, der bruges af den elektroniske chip-industri.

Men hvis lange og tynde strimler af grafen (kaldet grafen nanobånd) skæres ud af et bredt grafenark, bliver kvanteladningsbærerne begrænset inden for den snævre dimension, hvilket gør dem halvledende og muliggør deres brug i kvanteomskiftningsenheder. Fra i dag er der en række barrierer for at bruge grafen nanobånd i enheder, blandt dem er udfordringen med reproducerbart at vokse smalle og lange ark, der er isoleret fra miljøet.

I denne nye undersøgelse var forskerne i stand til at udvikle en metode til katalytisk at dyrke smalle, lange og reproducerbare grafen nanobånd direkte i isolerende hexagonale bornitrid-stabler, samt demonstrere topydelse i kvanteomskiftningsenheder baseret på de nydyrkede bånd. . Den unikke vækstmekanisme blev afsløret ved hjælp af avancerede simuleringsværktøjer til molekylær dynamik, der blev udviklet og implementeret af de israelske hold.

Disse beregninger viste, at ultra-lav friktion i visse vækstretninger i bornitrid-krystallen dikterer reproducerbarheden af ​​strukturen af ​​båndet, hvilket tillader det at vokse til hidtil usete længder direkte i et rent og isoleret miljø.

Forskerne ser udviklingen som et videnskabeligt og teknologisk gennembrud inden for nanomaterialer, som forventes at åbne døren til en bred vifte af undersøgelser, der vil føre til deres anvendelse i nanoelektronikindustrien.

Prof. Urbakh og Prof. Hod opsummerer, "Vigtigheden af ​​denne nye udvikling er, at det for første gang nu er muligt at fremstille kulstofbaserede nanoelektroniske switching-enheder direkte i en isolerende matrix. Disse enheder vil sandsynligvis have mange teknologiske anvendelser, inklusive elektroniske og spintroniske systemer og endda kvantecomputere."

Flere oplysninger: Bosai Lyu et al., Graphene nanobånd dyrket i hBN stakke til højtydende elektronik, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07243-0

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Tel-Aviv University