Forskare vid Aalto-universitetet och Utrecht-universitetet har skapat enatomskontakter mellan guld- och grafennanoband.
I deras artikel publicerad i Naturkommunikation , forskargruppen visar hur man skapar elektriska kontakter med enkla kemiska bindningar till grafen nanoband. Grafen är ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett bikakenät. Det förväntas vara ett revolutionerande material för framtida elektronik.
Grafentransistorer som fungerar vid rumstemperatur kräver arbete i storleksskalan mindre än 10 nanometer. Det betyder att grafennanostrukturerna bara behöver vara några tiotals atomer breda. Dessa transistorer kommer att behöva atomärt exakta elektriska kontakter. Ett team av forskare har nu experimentellt visat hur detta kan göras.
I sin artikel tar forskarna upp problemet genom att demonstrera hur en enda kemisk bindning kan användas för att skapa en elektrisk kontakt med ett grafen nanoband.
"Vi kan inte använda alligatorklämmor på atomär skala. Att använda väldefinierade kemiska bindningar är vägen framåt för grafennanostrukturer att realisera sin potential i framtida elektronik, säger professor Peter Liljeroth som leder gruppen Atomic Scale Physics vid Aalto-universitetet.
Teamet använde atomic force microscopy (AFM) och scanning tunneling microscopy (STM) för att kartlägga strukturen av grafen nanorribbons med atomär upplösning. Forskarna använde spänningspulser från spetsen av skanningstunnelmikroskopet för att bilda enstaka bindningar till grafen -nanoribbonen - just vid en specifik atomplats. Pulsen tar bort en enda väteatom från slutet av ett grafen -nanoribon och detta initierar bindningsbildningen.
"Kombinerad AFM och STM tillåter oss att karakterisera grafen nanostrukturerna atom för atom, som är avgörande för att förstå hur strukturen, bindningarna med kontakterna och deras elektriska egenskaper är relaterade, "förklarar Dr Ingmar Swart som leder teamet med fokus på STM- och AFM -mätningar vid Utrecht University
Genom att kombinera mikroskopiexperimenten med teoretisk modellering, teamet utvecklade en detaljerad bild av de kontaktade nanorribbon-egenskaperna. Den viktigaste upptäckten är att en enda kemisk bindning bildar en elektroniskt transparent kontakt med grafennanorbandet – utan att påverka dess övergripande elektroniska struktur. Detta kan vara nyckeln till att använda grafen nanostrukturer i framtida elektroniska enheter, eftersom kontakten inte ändrar bandets inneboende egenskaper.
"Dessa experiment på atomärt väldefinierade strukturer tillåter oss att kvantitativt jämföra teori och experiment. Detta är ett utmärkt tillfälle att testa nya teoretiska idéer, avslutar Dr Ari Harju, ledare för det teoretiska teamet i projektet vid Aalto-universitetet.
Studien utfördes vid Aalto-universitetets institution för tillämpad fysik och vid Debye Institute i Utrecht University. Grupperna på Aalto ingår i Finlands Akademis spetscentrum för "Kvantfenomen och enheter vid låg temperatur" och "Beräkningsnanovetenskap". Finlands Akademi och Europeiska forskningsrådet ERC finansierade forskningen.
Artikeln har rubriken "Undertryckning av elektron-vibron-koppling i grafen-nanoband som kontaktas via en enda atom."
