Con literalmente el grosor de un átomo de carbono y propiedades eléctricas que pueden superar las de las tecnologías de semiconductores estándar, Las nanocintas de grafeno prometen una nueva generación de dispositivos electrónicos miniaturizados. La teoría, sin embargo, permanece muy por delante de la realidad, con las nanocintas de grafeno actuales que no alcanzan su potencial.

Un nuevo estudio colaborativo visto en Materiales de comunicación por un proyecto de CREST, JST Japón, incluido el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. y Fujitsu Ltd., y la Universidad de Tokio informa sobre la primera nanocinta de grafeno de 17 carbonos de ancho y confirma que tiene la banda prohibida más pequeña vista hasta la fecha entre las nanocintas de grafeno conocidas preparadas de abajo hacia arriba.

Los circuitos integrados a gran escala (LSI) que utilizan semiconductores de silicio se utilizan en una amplia gama de dispositivos electrónicos, en cualquier lugar, desde computadoras hasta teléfonos inteligentes. En realidad, están apoyando nuestras vidas y casi todo lo demás en estos días. Sin embargo, aunque los LSI han mejorado el rendimiento del dispositivo al reducir el tamaño de los dispositivos, La miniaturización de LSI se acerca a su límite. Al mismo tiempo, la demanda comercial sigue presionando a las empresas para que fabriquen teléfonos inteligentes de mayor rendimiento en tamaños más pequeños, mientras que la presión de la industria exige una fabricación a gran escala con equipos más pequeños.

Definitivamente se necesitan otros métodos y / o materiales para resolver estos problemas, dice el líder del grupo Dr. Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

"Los semiconductores de silicio nos brindan un mejor rendimiento en tamaños más pequeños. Sin embargo, estamos llegando al límite de lo pequeños que podemos hacer dispositivos. Por lo tanto, Tenemos grandes expectativas para el rendimiento de las nanocintas de grafeno. que tienen propiedades semiconductoras que tienen solo un átomo de espesor:un material 2-D, ", señala.

Las nanocintas de grafeno son estructuras en forma de panal y, en comparación con el grafeno y los nanotubos de carbono, son el miembro menos conocido de la familia de semiconductores a base de carbono. Las nanocintas de grafeno exhiben propiedades electrónicas y magnéticas únicas que no aparecen en el grafeno bidimensional.

"Curiosamente, las propiedades electrónicas y magnéticas de las nanocintas de grafeno se ajustan ampliamente en función del ancho y la estructura de los bordes ", dice la profesora Hiroko Yamada de NAIST.

Nanocintas de grafeno tipo sillón, que son un tipo prometedor de nanocintas para aplicaciones de dispositivos, mostrar el intervalo de banda dependiente del ancho. Se pueden clasificar en tres subfamilias (3p, 3p + 1, 3p + 2), sus intervalos de banda son inversamente proporcionales al ancho de esas familias. Básicamente, Las nanocintas de grafeno de borde de sillón más anchas que pertenecen a la subfamilia 3p + 2 tienen los huecos de banda más pequeños entre las distintas nanocintas de grafeno, que tiene un potencial considerable para ser explotado en dispositivos basados ​​en GNR.

Hasta aquí, Se han reportado nanocintas de grafeno de 13 sillones pertenecientes a la subfamilia 3p + 1 con una banda prohibida de más de 1 eV, pero Sato, Yamada y sus colegas muestran la síntesis de una nanocinta de 17 grafeno perteneciente a la subfamilia 3p + 2, que tienen bandgaps aún más pequeños.

La síntesis de nanocintas de grafeno se basó en el enfoque ascendente, llamada "síntesis en superficie, "y se utilizó una molécula basada en dibromobenceno como precursor para la síntesis de nanocintas de grafeno en la superficie.

"Hay muchos métodos para sintetizar nanocintas de grafeno, pero para producir nanocintas de grafeno atómicamente precisas, decidimos utilizar el enfoque de abajo hacia arriba. El punto importante es que la estructura del precursor puede definir la estructura última de las nanocintas de grafeno si usamos el enfoque de abajo hacia arriba, "explica el Dr. Hironobu Hayashi de NAIST, quien también contribuyó al estudio.

Microscopía y espectroscopía de túnel de barrido por el Dr. Junichi Yamaguchi en Fujitsu. Ltd. y la microscopía de fuerza atómica sin contacto del Dr. Akitoshi Shiotari y el profesor Yoshiaki Sugimoto de la Universidad de Tokio confirmaron la estructura atómica y electrónica de las nanocintas de grafeno de 17 sillones adquiridas. Adicionalmente, Se encontró que la banda prohibida obtenida experimentalmente de nanocintas de grafeno de 17 sillones era de 0,6 eV, y esta es la primera demostración de la síntesis de nanocintas de grafeno que tienen una banda prohibida menor de 1 eV de forma controlada.

"Esperamos que estas nanocintas de grafeno de 17 carbonos de ancho allanen el camino para nuevos dispositivos electrónicos basados ​​en GNR, "dice Sato.