(PhysOrg.com) -- Graphene, ett enatoms tjockt lager av ett kolgitter med en bikakestruktur, har stor potential för användning i radioapparater, datorer, telefoner och andra elektroniska apparater. Men tillämpningar har hindrats eftersom den semimetalliska grafenen, som har ett nollbandsgap, fungerar inte effektivt som en halvledare för att förstärka eller byta elektroniska signaler.
Medan skärning av grafenark till nanoskala band kan öppna upp ett större bandgap och förbättra funktionen, "nanoribbon"-enheter har ofta begränsade drivströmmar, och praktiska anordningar skulle kräva produktion av täta uppsättningar av beställda nanoband - en process som hittills inte har uppnåtts eller tydligt konceptualiserats.
Men Yu Huang, en professor i materialvetenskap och teknik vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, och hennes forskargrupp, i samarbete med UCLA kemiprofessor Xiangfeng Duan, kan ha hittat en ny lösning på utmaningarna med grafen.
I forskning som publiceras i marsnumret av Naturens nanoteknik (för närvarande tillgänglig online), Huangs team avslöjar skapandet av en ny grafen nanostruktur som kallas grafen nanomesh, eller GNM. Den nya strukturen kan öppna upp ett bandgap i ett stort ark av grafen för att skapa en mycket enhetlig, kontinuerlig halvledande tunnfilm som kan bearbetas med standardbearbetningsmetoder för plana halvledare.
"Nanomaskorna framställs genom att stansa en högdensitetsuppsättning av hål i nanoskala i ett enda eller några lager grafen med hjälp av en självmonterad blocksampolymer tunn film som maskmall, sa Huang.
Nanomesh kan ha varierande periodicitet, definieras som avståndet mellan mitten av två angränsande nanohål. Halsvidder, det kortaste avståndet mellan kanterna på två närliggande hål, kan vara så låg som 5 nanometer.
Denna förmåga att kontrollera nanomesh-periodicitet och halsbredd är mycket viktig för att kontrollera elektroniska egenskaper eftersom laddningstransportegenskaper är mycket beroende av bredden och antalet kritiska strömbanor.
Genom att använda sådana nanomesh som den halvledande kanalen, Huang och hennes team har visat rumstemperaturtransistorer som kan stödja strömmar som är nästan 100 gånger större än enskilda grafen nanorribbon-enheter, men med ett jämförbart på/av-förhållande. På-av-förhållandet är förhållandet mellan strömmarna när en enhet slås på eller stängs av. Detta avslöjar vanligtvis hur effektivt en transistor kan stängas av och på.
Forskarna har också visat att on-off-förhållandet kan stämmas av genom att variera halsvidden.
"GNM kan hantera många av de kritiska utmaningarna som grafen står inför, samt kringgå de mest utmanande monteringsproblemen, "Sade Huang. "I samband med de senaste framstegen i tillväxten av grafen över ett substrat med stor yta, detta koncept har potential att möjliggöra en enhetlig, kontinuerlig halvledande nanomesh tunn film som kan användas för att tillverka integrerade enheter och kretsar med önskad enhetsstorlek och drivström.
"Konceptet med GNM pekar därför på en tydlig väg mot praktisk tillämpning av grafen som ett halvledarmaterial för framtida elektronik. De unika strukturella och elektroniska egenskaperna hos GNM:erna kan också öppna upp spännande möjligheter inom mycket känsliga biosensorer och en ny generation av spintronik. , från magnetisk avkänning till lagring, " Hon sa.
