Las nanocintas de grafeno se fabrican mediante ensamblaje molecular sobre un sustrato de Cu (111). En este sistema de superficie, Los GNR crecen exclusivamente en seis direcciones azimutales. Las líneas blancas en el recuadro resaltan los bordes en zigzag de una cinta. Crédito:Patrick Han
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Patrick Han y el Prof. Taro Hitosugi en el Instituto Avanzado de Investigación de Materiales (AIMR), La Universidad de Tohoku descubrió un nuevo método de fabricación ascendente que produce nanocintas de grafeno (GNR) sin defectos con regiones periódicas de borde en zigzag. Este método, que controla la dirección de crecimiento de GNR y la distribución de la longitud, es un trampolín hacia la futura fabricación de dispositivos de grafeno por autoensamblaje.
Grafeno con su baja dimensionalidad, alta estabilidad, alta resistencia, y alta movilidad del portador de carga, promete ser un material revolucionario para la fabricación de transistores de alta velocidad de próxima generación. Es más, Se prevé que las propiedades del grafeno sean directamente controlables por su estructura. Por ejemplo, Trabajos recientes han demostrado que la banda prohibida de los GNR de sillón está controlada por el ancho de la cinta. Sin embargo, las capacidades de adaptación de propiedades de otras conformaciones de borde (por ejemplo, la teoría predice que el borde en zigzag tiene propiedades magnéticas) no se han probado, porque su fabricación sin defectos sigue siendo un gran desafío.
"Las estrategias anteriores en ensamblajes moleculares ascendentes utilizaban sustratos inertes, como el oro o la plata, para dar a las moléculas mucha libertad para difundirse y reaccionar en la superficie, ", dice Han." Pero esto también significa que la forma en que estas moléculas se ensamblan está completamente determinada por las fuerzas intermoleculares y por la química molecular ". Actualmente, no hay molécula que pueda ensamblarse para producir GNR de borde en zigzag.
Para apuntar al borde en zigzag, El equipo de AIMR utilizó una superficie de cobre, un sustrato más reactivo que el oro o la plata, para introducir nuevas interacciones de sustrato a molécula. además de las interacciones intermoleculares. Los efectos de esta estrategia se demostraron utilizando una molécula precursora conocida por formar GNR de borde de sillón. Sobre cobre, Las imágenes de microscopio de túnel de barrido revelaron un ensamblaje molecular que es completamente diferente al del oro o la plata, produciendo GNR con regiones periódicas de borde en zigzag. Las direcciones futuras incluyen la evaluación de otras superficies reactivas para la fabricación GNR ascendente, y la determinación de los efectos de adaptación de propiedades de los bordes GNR mostrados en este trabajo.
La definición de configuraciones en zigzag (rojo) y sillón (azul) en una celosía alveolar. Crédito:Patrick Han
Es más, la reactividad superficial del sustrato de cobre también tiene un efecto profundo tanto en la distribución de la longitud de GNR como en la dirección de crecimiento de la superficie. A diferencia de ensamblajes anteriores, el método actual produce cintas más cortas, sólo en seis direcciones azimutales superficiales. Estas características podrían aprovecharse para realizar interconexiones de grafeno único entre estructuras prefabricadas mediante el autoensamblaje.
"Conjuntos controlados por difusión, como se ve en oro y plata, producir paquetes de GNR largos. Estos métodos son buenos para hacer arreglos de interconexión, pero no conexiones únicas ", Han dice. "Nuestro método abre la posibilidad de autoensamblar dispositivos de grafeno individuales en las ubicaciones deseadas, por la longitud y el control de dirección ".
