(Phys.org)—Integrerade kretsar, som finns i allt från kaffebryggare till datorer och är mönstrade av perfekt kristallint kisel, är ganska tunna – men Cornell-forskare tror att de kan tänja på tunnfilmsgränser till enatomsnivå.

Deras val av material är grafen, enstaka atomtjocka ark av upprepade kolatomer, och hexagonal bornitrid, liknande tunna ark av upprepade bor- och kväveatomer. Forskare ledda av Jiwoong Park, biträdande professor i kemi och kemisk biologi, har uppfunnit ett sätt att mönstra enatomsfilmer av grafen och bornitrid, en isolator, utan användning av ett silikonsubstrat. Arbetet beskrivs i detalj i en artikel i tidskriften Nature, publicerad på nätet 30 aug.

Tekniken, som de kallar mönstrad återväxt, kan leda till substratfri, atomärt tunna kretsar – så tunna, de kunde flyta på vatten eller genom luft, men med draghållfasthet och förstklassig elektrisk prestanda.

"Vi vet hur man odlar grafen i enstaka atomtjocka filmer, och vi vet hur man odlar bornitrid, " sa Park. "Men kan vi föra ihop dem sida och sida? Och när du för dem samman, vad händer vid deras korsningar?"

Som det visar sig, forskarnas mönstrade återväxt, som utnyttjar samma grundläggande fotolitografiteknik som används vid bearbetning av kiselwafer, låter grafen och bornitrid växa i perfekt plan, strukturellt släta filmer – inga veck eller stötar, som en välstickad halsduk – som, om det kombineras med finalen, ännu inte realiserat steg för att introducera ett halvledarmaterial, kan leda till den första atomärt tunna integrerade kretsen.

Enkelt är verkligen vackert, speciellt när det gäller tunna filmer, eftersom fotolitografi är en väletablerad teknik som ligger till grund för att göra integrerade kretsar genom att lägga material, ett lager i taget, på platt kisel.

Mönstrad återväxt är lite som stencilering, sa Park. Han och kollegor odlade först grafen på koppar och använde fotolitografi för att exponera grafen på utvalda områden, beroende på önskat mönster. De fyllde den exponerade kopparytan med bornitrid, isolatorn, som växer på koppar och "fyller luckorna väldigt fint".

"I slutet, det bildar en väldigt fin trasa som du bara skalar av, " sa Park.

Forskargruppen, som inkluderar David A. Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik, arbetar med att avgöra vilket material som bäst skulle fungera med tunna filmer av grafen-bornitrid för att utgöra det slutliga halvledande lagret som skulle kunna förvandla filmerna till verkliga enheter.

Teamet fick hjälp av att redan vara skickliga på att göra grafen – fortfarande relativt nytt i materialvärlden – samt Mullers expertis inom elektronmikroskopi karakterisering i nanoskala. Muller hjälpte teamet att bekräfta att de laterala korsningarna mellan de två materialen var, verkligen, smidig och väl ansluten.

Tidningens första författare var kemistudenten Mark Levendorf och postdoktorand Cheol-Joo Kim, som tillverkade grafen- och bornitridproverna och även utförde den mönstrade återväxten vid Cornell NanoScale Science and Technology Facility.

Arbetet stöddes främst av Air Force Office of Scientific Research, och National Science Foundation genom Cornell Center for Materials Research.