Un nanoalambre de grafeno dobla una esquina. El nanoalambre se creó mediante un proceso inventado en la Universidad de Rice en el que una capa de agua de solo unas pocas moléculas de espesor actúa como una máscara. Crédito:Tour Group / Rice University
Una nueva investigación en la Universidad de Rice muestra cómo el agua hace que sea práctico formar nanocintas de grafeno largas de menos de 10 nanómetros de ancho.
Y es poco probable que muchos de los otros laboratorios que actualmente intentan aprovechar el potencial del grafeno, una hoja de carbono de un solo átomo, para la microelectrónica habría ideado la técnica que encontraron los investigadores de Rice mientras buscaban otra cosa.
El descubrimiento de la autora principal Vera Abramova y el coautor Alexander Slesarev, ambos estudiantes de posgrado en el laboratorio del químico de Rice James Tour, aparece en línea este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano .
Se descubrió que un poco de agua adsorbida de la atmósfera actúa como una máscara en un proceso que comienza con la creación de patrones a través de la litografía y termina con muy largos, nanocintas de grafeno muy delgadas. Las cintas se forman donde el agua se acumula en la cuña entre el patrón en relieve y la superficie de grafeno.
La formación de agua se llama menisco; se crea cuando la tensión superficial de un líquido hace que se curve. En el proceso de Arroz, la máscara de menisco protege una pequeña cinta de grafeno de ser grabada cuando se quita el patrón.
Una delgada línea de grafeno conecta dos electrodos en un transistor de efecto de campo de prueba construido en la Universidad de Rice. Las nanocintas de grafeno se crearon con un nuevo proceso que depende de una máscara de menisco de unas pocas moléculas de agua de espesor. Crédito:Tour Group / Rice University
Tour dijo que cualquier método para formar cables largos de solo unos pocos nanómetros de ancho debería captar el interés de los fabricantes de microelectrónica a medida que se acercan al límite de su capacidad para miniaturizar circuitos. "Nunca podrán aprovechar los dispositivos a nanoescala más pequeños si no pueden abordarlos con un cable a nanoescala, ", dijo." Ahora mismo, los fabricantes pueden realizar pequeñas funciones, o hacer grandes características y colocarlas donde las quieran. Pero tener ambos ha sido difícil. Ser capaz de crear un patrón de una línea tan delgada justo donde lo desea es un gran problema porque le permite aprovechar el tamaño reducido de los dispositivos a nanoescala ".
Tour dijo que la tendencia del agua a adherirse a las superficies es a menudo molesta, pero en este caso es fundamental para el proceso. "Hay grandes máquinas que se utilizan en la investigación de la electrónica que a menudo se calientan a cientos de grados bajo un vacío ultra alto para expulsar toda el agua que se adhiere a las superficies internas, ", dijo." De lo contrario, siempre habrá una capa de agua. En nuestros experimentos, el agua se acumula en el borde de la estructura y protege al grafeno del grabado con iones reactivos (RIE). Entonces, en nuestro caso, que el agua residual es la clave del éxito.
"Nadie había pensado en esto antes, y no es nada en lo que pensamos, "Dijo Tour." Esto fue fortuito ".
Abramova y Slesarev se propusieron fabricar nanocintas invirtiendo un método desarrollado por otro laboratorio de Rice para hacer espacios estrechos en los materiales. El método original utilizó la capacidad de algunos metales para formar una capa de óxido nativo que se expande y protege el material justo en el borde de la máscara de metal. El nuevo método funcionó, pero no como se esperaba.
"Primero sospechamos que había algún tipo de sombreado, ", Dijo Abramova. Pero otros metales que no se expandieron tanto, como mucho, no mostró ninguna diferencia, ni variar la profundidad del patrón. "Básicamente estaba buscando cualquier cosa que pudiera cambiar algo".
Se necesitaron dos años para desarrollar y probar la teoría del menisco, durante el cual los investigadores también confirmaron su potencial para crear cables de menos de 10 nanómetros a partir de otros tipos de materiales, incluido el platino. También construyeron transistores de efecto de campo para verificar las propiedades electrónicas de las nanocintas de grafeno.
Para estar seguro de que el agua es realmente responsable de las cintas, intentaron eliminar su efecto secando primero los patrones calentándolos al vacío, y luego desplazando el agua con acetona para eliminar el menisco. En ambos casos, no se crearon nanocintas de grafeno.
Los investigadores están trabajando para controlar mejor el ancho de las nanocintas, y esperan refinar los bordes de las nanocintas, que ayudan a dictar sus propiedades electrónicas.
"Con este estudio, descubrimos que no necesita herramientas costosas para obtener estas funciones limitadas, ", Dijo Tour." Puedes usar las herramientas estándar que una línea fabulosa ya tiene para hacer características que sean más pequeñas que 10 nanómetros ".
