Ett forskargrupp som leds av prof. Patrick Han och prof. Taro Hitosugi vid Advanced Institute of Materials Research (AIMR), Tohoku University upptäckte en ny bottom-up-tillverkningsmetod som producerar defektfria grafen-nanoribbon (GNR) med periodiska zigzag-kantregioner. Den här metoden, som styr GNR -tillväxtriktning och längdfördelning, är en springbräda mot framtida tillverkning av grafenanordningar genom självmontering.

Grafen, med sin låga dimension, hög stabilitet, hög styrka, och hög laddningsbärarmobilitet, lovar att vara ett revolutionerande material för tillverkning av nästa generations höghastighetstransistorer. Dessutom, grafens egenskaper förutspås vara direkt kontrollerbara med dess struktur. Till exempel, de senaste verken har visat att bandgapet för fåtöljens GNR styrs av bandbredden. Dock, egenskapens skräddarsydda funktioner för andra kantkonformationer (t.ex. sicksackkanten förutspås av teorin att ha magnetiska egenskaper) har inte testats, eftersom deras defektfria tillverkning fortfarande är en stor utmaning.

"Tidigare strategier i bottom-up molekylära sammansättningar som använde inerta substrat, som guld eller silver, att ge molekyler stor frihet att diffundera och reagera på ytan, "säger Han." Men det betyder också att sättet att samla dessa molekyler helt bestäms av de intermolekylära krafterna och av molekylkemin. "För närvarande, det finns ingen molekyl som kan samlas för att producera sicksackkantade GNR.

För att rikta sicksackkanten, AIMR-teamet använde en kopparyta-ett substrat mer reaktivt än guld eller silver-för att introducera nya substrat-till-molekyl interaktioner, förutom de intermolekylära interaktionerna. Effekterna av denna strategi demonstrerades med hjälp av en prekursormolekyl som är känd för att bilda GNR-karmar med fåtöljer. På koppar, skanning av tunnelmikroskopbilder avslöjade en molekylär sammansättning som är helt annorlunda än den på guld eller silver, ger GNR med periodiska zigzag-kant regioner. Framtida riktningar inkluderar bedömning av andra reaktiva ytor för GNR-tillverkning nedifrån och upp, och bestämning av egenskaperna för skräddarsydda effekter av GNR-kanterna som visas i detta arbete.

Dessutom, ytreaktiviteten hos kopparsubstratet har också en djupgående effekt på både GNR -längdfördelningen och yttillväxtriktningen. Till skillnad från tidigare församlingar, den nuvarande metoden ger kortare band, endast i sex yta azimutala riktningar. Dessa funktioner skulle kunna utnyttjas för att göra enkla grafenförbindelser mellan prefabricerade strukturer genom självmontering.

"Diffusionskontrollerade enheter, sett på guld och silver, producera buntar med långa GNR. Dessa metoder är bra för att göra sammankopplingsarrayer, men inte enstaka anslutningar ", Säger Han. "Vår metod öppnar möjligheten för självmonterande enstaka grafenenheter på önskade platser, på grund av längden och riktningskontrollen. "