Un equipo de investigación internacional del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales (AIMR) de la Universidad de Tohoku logró interconectar químicamente nanocintas de grafeno de borde quiral (GNR) con características de borde en zigzag mediante ensamblaje molecular, y conexión electrónica demostrada entre GNR. Los GNR estaban interconectados exclusivamente de extremo a extremo, formando estructuras de codo, identificados como puntos de interconexión (Fig. 1a).

Esta configuración permitió a los investigadores demostrar que la arquitectura electrónica en los puntos de interconexión entre dos GNR (Fig. 1b) es la misma que la de los GNR individuales; evidencia de que las propiedades electrónicas de GNR, tales como conductividades electrónicas y térmicas, se extienden directamente a través de las estructuras del codo mediante la interconexión química GNR.

Este trabajo muestra que el desarrollo futuro de alto rendimiento, Es posible la electrónica de bajo consumo de energía basada en GNR.

Durante mucho tiempo se esperaba que el grafeno revolucionara la electrónica, siempre que se pueda cortar en formas atómicamente precisas que se conecten a los electrodos deseados. Sin embargo, mientras que los métodos de fabricación de abajo hacia arriba actuales pueden controlar las propiedades electrónicas del grafeno, como alta movilidad de electrones, espacios de banda personalizados y bordes en zigzag alineados con clavijas, el aspecto de conexión de las estructuras de grafeno nunca se ha explorado directamente. Por ejemplo, Si los electrones que viajan a través de los puntos de interconexión de dos GNR encontrarían una mayor resistencia eléctrica sigue siendo una pregunta abierta. Dado que las respuestas a este tipo de preguntas son cruciales para la realización del futuro de alta velocidad, electrónica de bajo consumo, usamos ensamblaje molecular para abordar este problema aquí.

"Los ensamblajes moleculares actuales producen GNR rectos (es decir, sin puntos de interconexión identificables), o GNR interconectados aleatoriamente, "dice el Dr. Patrick Han, el líder del proyecto. "Estos modos de crecimiento tienen demasiadas incógnitas intrínsecas para determinar si los electrones viajan a través de los puntos de interconexión del grafeno sin problemas. La clave es diseñar un ensamblaje molecular que produzca GNR que estén interconectados sistemáticamente con puntos de interconexión claramente distinguibles".

Para alcanzar este objetivo, el equipo de AIMR utilizó un sustrato de Cu, cuya reactividad limita el crecimiento de GNR a seis direcciones, y utilizó microscopía de túnel de barrido (STM) para visualizar las estructuras electrónicas GNR. Controlando la cobertura molecular del precursor, este ensamblaje molecular conecta los GNR de diferentes direcciones de crecimiento sistemáticamente de un extremo a otro, Produciendo estructuras de codo, identificadas como puntos de interconexión (Fig. 1a). Usando STM, el equipo de AIMR reveló que la deslocalización de los estados GNR π * interconectados se extiende de la misma manera a través de un solo GNR directo, y a través del punto de interconexión de dos GNR (características periódicas en la Fig. 1b, panel inferior). Este resultado indica que las propiedades electrónicas de GNR, tales como conductividades electrónicas y térmicas, debe ser el mismo en los extremos de GNR individuales y en el de dos GNR conectados.

"El principal hallazgo de este trabajo es que los GNR interconectados no muestran interrupciones electrónicas (por ejemplo, localización de electrones que aumenta la resistencia en los puntos de interconexión), "dice Han." La interconexión electrónicamente fluida demuestra que las propiedades de GNR (incluidos los intervalos de banda personalizados, o incluso bordes en zigzag alineados con giro) se pueden conectar a otras estructuras de grafeno. Estos resultados muestran que encontrar una manera de conectar GNR sin defectos a los electrodos deseados puede ser la estrategia clave para lograr un alto rendimiento. Electrónica de bajo consumo ".