(PhysOrg.com) – Forskare har gjort ett genombrott mot att skapa nanokretsar på grafen, allmänt ansedd som den mest lovande kandidaten för att ersätta kisel som byggsten för transistorer. De har tagit fram en enkel och snabb process i ett steg för att skapa nanotrådar, trimma de elektroniska egenskaperna hos reducerad grafenoxid och därigenom tillåta den att växla från att vara ett isolerande material till ett ledande material.

Tekniken fungerar med flera former av grafen och är redo att bli ett viktigt fynd för utvecklingen av grafenelektronik. Forskningen visas den 11 juni, 2010, nummer av tidningen Vetenskap .

Forskare som arbetar med nanokretsar är entusiastiska över grafen eftersom elektroner möter mindre motstånd när de färdas längs grafen jämfört med kisel och eftersom dagens kiseltransistorer är nästan så små som fysikens lagar tillåter. Grafen har också kanten på grund av sin tjocklek - det är ett kolskikt som är en enda atom tjockt. Medan grafen nanoelektronik kan vara snabbare och förbruka mindre ström än kisel, ingen visste hur man producerar grafen nanostrukturer på en sådan reproducerbar eller skalbar metod. Det är tills nu.

"Vi har visat att genom att lokalt värma isolerande grafenoxid, både flingor och epitaxialvarianter, med en atomkraftmikroskopspets, vi kan skriva nanotrådar med dimensioner ner till 12 nanometer. Och vi kan justera deras elektroniska egenskaper till att vara upp till fyra storleksordningar mer ledande. Vi har inte sett några tecken på spetsslitage eller provslitage, sa Elisa Riedo, docent vid School of Physics vid Georgia Institute of Technology.

På makroskalan, konduktiviteten hos grafenoxid kan ändras från ett isolerande material till ett mer ledande grafenliknande material med hjälp av stora ugnar. Nu, forskargruppen använde TCNL för att öka temperaturen på reducerad grafenoxid i nanoskala, så att de kan rita grafenliknande nanokretsar. De fann att när det nådde 130 grader Celsius, den reducerade grafenoxiden började bli mer ledande.

"Så det fina med detta är att vi har skapat en enkel, robust och reproducerbar teknik som gör att vi kan förändra ett isolerande prov till en ledande nanotråd. Dessa egenskaper är kännetecknet för en produktiv teknik, sa Paul Sheehan, chef för Surface Nanoscience and Sensor Technology Section vid Naval Research Laboratory i Washington, D.C.

Forskargruppen testade två typer av grafenoxid - en gjord av kiselkarbid, den andra med grafitpulver.

"Jag tror att det finns tre saker med den här studien som gör att den sticker ut, sade William P. King, docent vid Mechanical Science and Engineering-avdelningen vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Först, är att hela processen sker i ett steg. Du går från isolerande grafenoxid till ett funktionellt elektroniskt material genom att helt enkelt applicera en nanovärmare. Andra, vi tror att alla typer av grafen kommer att bete sig så här. Tredje, skrivandet är en extremt snabb teknik. Dessa nanostrukturer kan syntetiseras i så hög hastighet att tillvägagångssättet kan vara mycket användbart för ingenjörer som vill göra nanokretsar."

"Detta projekt är ett utmärkt exempel på den nya teknik som epitaxiell grafenelektronik möjliggör, "sa Walt de Heer, Regent's Professor vid Georgia Tech's School of Physics och den ursprungliga förespråkaren för epitaxiell grafen inom elektronik. Hans studie ledde till etableringen av Materials Research Science and Engineering Center för två år sedan. "Den enkla omvandlingen från grafenoxid till grafen är en viktig och snabb metod för att producera ledande ledningar. Denna metod kan användas inte bara för flexibel elektronik, men det är möjligt, någon gång i framtiden, att de biokompatibla grafentrådarna kan användas för att mäta elektriska signaler från enstaka biologiska celler."