(PhysOrg.com) -- Lite zink kan göra mycket skada på grafen. Rice University-forskare har utnyttjat det för att skapa litografi med ett atomlager.

Kemisten James Tours Rice-lab rapporterade denna vecka i tidskriften Science att förstoftning av zink på flerskiktsgrafen gjorde det möjligt för teamet att ta bort ett enda lager åt gången utan att störa lagren under.

Upptäckten kan vara användbar när forskare utforskar grafens elektriska egenskaper för nya generationer av mikrokretsar och andra grafenbaserade enheter. grafen, den enatomtjocka formen av kol, vann dess upptäckare det senaste Nobelpriset i fysik.

Forskarna skapade en grafenruta genom att ta bort horisontella och vertikala lager för att skapa ett tredimensionellt mönster.

De tryckte också en mikrouggla, Rice's maskot, cirka 15 miljondelar av en meter bred.

"Att ta bort ett enda ark grafen eller grafenoxid var en överraskning, sa Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap. "Vi trodde att flera lager skulle tas bort med det här protokollet, men att se enstaka lager avlägsnas är en av de spännande händelserna inom vetenskapen där naturen ger oss mycket mer än vi förväntat oss."

Tour sa att förmågan att ta bort enstaka lager av grafen på ett kontrollerat sätt "ger den mest exakta nivån av enhetsmönster som någonsin känts, eller någonsin att bli känd, där vi har enatoms upplösning i den vertikala dimensionen. Detta kommer för alltid att vara gränsen för vertikal mönstring - vi har nått botten av skalan."

Ayrat Dimiev, en postdoktor i Tours labb, upptäckte tekniken och kom på varför grafen är så mottagligt för mönstring. Han förstoftade zink på grafenoxid och andra varianter skapade genom kemisk omvandling, kemisk ångavsättning och mikromekaniskt ("Scotch-tape"-metoden). Att bada grafenen i utspädd saltsyra tog bort grafen varhelst zinken rörde vid den, lämnar lagren under intakta. Grafenet sköljdes sedan med vatten och torkades i en ström av kväve.

För ugglan, Dimiev skar en stencil i PMMA med en elektronstråle och placerade den på grafenoxid. Han sputtrade zink genom stencilen och tvättade sedan bort zinken med utspädd saltsyra, lämnar den inbäddade ugglan bakom sig.

Sputterbeläggning av grafen med aluminium visade liknande effekter. Men när Dimiev försökte applicera zink via termisk förångning, grafenen förblev intakt.

Undersökning av den förstoftade ytan innan syratvättningen avslöjade att metallerna bildade defekter i grafenet, bryta bindningar med det omgivande arket som en skärare genom kycklingnät. Sputtering zink, aluminium, guld och koppar gav alla liknande effekter, även om zink var bäst på att leverera det önskade mönstret.

Forskarna kunde skapa en 100 nanometer linje i ett ark av grafen, vilket antyder att den enda horisontella gränsen för processens upplösning är upplösningen för metallmönstermetoden.

"Nästa steg blir att kontrollera den horisontella mönstringen med liknande precision som vad vi har uppnått i den vertikala dimensionen, ", sa Tour. "Då finns det inte mer plats längst ner i någon dimension, åtminstone om vi kallar enstaka atomer vår slutpunkt -- vilket det är, för praktiska ändamål."