Chemischer Weg zu elektronischen Geräten in Graphen

Anonim

Wesentliche elektronische Komponenten wie Dioden und Tunnelbarrieren können in einzelnen Graphendrähten (Nanobändern) mit atomarer Präzision eingebaut werden. Ziel ist es, Graphen-basierte elektronische Geräte mit extrem schnellen Betriebsgeschwindigkeiten zu erstellen. Die Entdeckung wurde in einer Zusammenarbeit zwischen der Aalto University und ihren Kollegen von der Universität Utrecht und der TU Delft in den Niederlanden gemacht. Die Arbeit ist in Nature Communications veröffentlicht .

Das "Wundermaterial" Graphen hat viele interessante Eigenschaften und Forscher auf der ganzen Welt suchen nach neuen Wegen, sie zu nutzen. Graphen selbst besitzt nicht die Eigenschaften, die erforderlich sind, um elektrische Ströme ein- und auszuschalten, und für dieses spezielle Problem müssen intelligente Lösungen gefunden werden. "Wir können Graphenstrukturen mit atomarer Präzision herstellen. Durch die Auswahl bestimmter Vorläufersubstanzen (Moleküle) können wir die Struktur des elektrischen Schaltkreises mit höchster Genauigkeit codieren", erklärt Peter Liljeroth von der Aalto University, der das Forschungsprojekt zusammen mit Ingmar Swart von Utrecht Universität.

Nahtlose Integration

Die elektronischen Eigenschaften von Graphen können durch Synthese in sehr schmale Streifen (Graphen-Nanobänder) gesteuert werden. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die elektronischen Eigenschaften des Bandes von seiner atomaren Breite abhängen. Ein Band, das fünf Atome breit ist, verhält sich ähnlich wie ein Metalldraht mit extrem guten Leitungseigenschaften, aber das Hinzufügen von zwei Atomen macht das Band zu einem Halbleiter. "Wir sind jetzt in der Lage, fünf atomweite Bänder mit sieben atombreiten Bändern nahtlos zu integrieren. Das gibt Ihnen einen Metall-Halbleiter-Übergang, der ein Grundbaustein für elektronische Bauteile ist", so Ingmar Swart.

Chemie auf einer Oberfläche

Die Forscher erzeugten ihre elektronischen Graphenstrukturen durch eine chemische Reaktion. Sie verdampften die Vorläufermoleküle auf einen Goldkristall, wo sie sehr kontrolliert zu neuen chemischen Verbindungen reagieren. "Dies ist eine andere Methode als die derzeit zur Herstellung von elektrischen Nanostrukturen wie auf Computerchips. Für Graphen ist es so wichtig, dass die Struktur auf atomarer Ebene präzise ist und es wahrscheinlich ist, dass der chemische Weg der einzige ist Methode ", schließt Ingmar Swart.

Elektronische Eigenschaften

Die Forscher verwendeten fortgeschrittene mikroskopische Techniken, um auch die elektronischen und Transporteigenschaften der resultierenden Strukturen zu bestimmen. Es war möglich, elektrischen Strom durch ein Graphen-Nanoband-Bauelement mit einer genau bekannten atomaren Struktur zu messen. "Dies ist das erste Mal, dass wir zum Beispiel eine Tunnelbarriere schaffen und deren genaue atomare Struktur kennen. Durch die gleichzeitige Messung des elektrischen Stroms durch das Gerät können wir Theorie und Experiment auf einer sehr quantitativen Ebene vergleichen", sagt Peter Liljeroth.

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