Ny forskning vid Rice University visar hur vatten gör det praktiskt att bilda långa grafen -nanoribon som är mindre än 10 nanometer breda.

Och det är osannolikt att många av de andra laboratorierna för närvarande försöker utnyttja grafens potential, ett enatomigt ark av kol, för mikroelektronik skulle ha kommit på den teknik som risforskarna hittade medan de letade efter något annat.

Upptäckten av huvudförfattaren Vera Abramova och medförfattaren Alexander Slesarev, Båda doktoranderna i Rice-kemisten James Tours labb, visas online denna månad i American Chemical Society journal ACS Nano .

Lite vatten adsorberat från atmosfären visade sig fungera som en mask i en process som börjar med att skapa mönster via litografi och slutar med mycket lång, mycket tunna grafen nanoband. Banden bildas varhelst vatten samlas i kilen mellan det upphöjda mönstret och grafenytan.

Vattenbildningen kallas menisk; den skapas när ytspänningen hos en vätska får den att kurva. I risprocessen, meniskmask skyddar ett litet band av grafen från att etsas bort när mönstret tas bort.

Tour sa att alla metoder för att bilda långa trådar som bara är några nanometer breda borde fånga mikroelektronikproducenternas intresse när de närmar sig gränserna för deras förmåga att minimera kretsar. "De kan aldrig dra nytta av de minsta nanoskalaenheterna om de inte kan ta itu med dem med en nanoskala, "sa han." Just nu, tillverkare kan göra små funktioner, eller gör stora funktioner och placera dem där de vill ha dem. Men att ha båda har varit svårt. Att kunna mönstra en så tunn linje där du vill ha den är en stor sak eftersom den tillåter dig att dra nytta av nanoskalaenheternas storlek. "

Tour sa att vattnets tendens att fästa vid ytor ofta är irriterande, men i det här fallet är det viktigt för processen. "Det finns stora maskiner som används i elektronikforskning som ofta värms upp till hundratals grader under ultrahögt vakuum för att driva bort allt vatten som fäster på insidans ytor, ", sa han. "Annars kommer det alltid att finnas ett lager vatten. I våra experiment, vatten samlas vid kanten av strukturen och skyddar grafenet från den reaktiva jonetsningen (RIE). Så i vårt fall, att restvatten är nyckeln till framgång.

"Ingen har någonsin tänkt på det här förut, och det är inget vi tänkt på, "Sa Tour." Det här var en slump. "

Abramova och Slesarev hade bestämt sig för att tillverka nanoband genom att invertera en metod som utvecklats av ett annat rislabb för att göra smala luckor i material. Den ursprungliga metoden utnyttjade förmågan hos vissa metaller att bilda ett naturligt oxidskikt som expanderar och skyddar material precis på kanten av metallmasken. Den nya metoden fungerade, men inte som förväntat.

"Vi misstänkte först att det fanns någon form av skuggning, " sa Abramova. Men andra metaller som inte expanderade lika mycket, Om överhuvudtaget, visade ingen skillnad, inte heller varierade djupet av mönstret. "Jag letade i princip efter allt som skulle förändra något."

Det tog två år att utveckla och testa meniskteorin, under vilken forskarna också bekräftade sin potential att skapa sub-10-nanometertrådar från andra typer av material, inklusive platina. De konstruerade också fälteffekttransistorer för att kontrollera de elektroniska egenskaperna hos grafennanoband.

För att vara säker på att vatten verkligen står för band, de försökte eliminera dess effekt genom att först torka mönstren genom att värma dem under vakuum, och sedan genom att förskjuta vattnet med aceton för att eliminera menisken. I båda fallen, inga grafen -nanoribb bildades.

Forskarna arbetar för att bättre kontrollera nanobandens bredd, och de hoppas kunna förfina nanoribbons kanter, som hjälper till att diktera deras elektroniska egenskaper.

"Med denna studie, vi kom på att du inte behöver dyra verktyg för att få dessa smala funktioner, Tour sa. "Du kan använda standardverktygen som en fantastisk linje redan har för att göra funktioner som är mindre än 10 nanometer."