Karaktäriserades första gången 2004, grafen är ett tvådimensionellt material med extraordinära egenskaper. Tjockleken på bara en kolatom, och hundratals gånger snabbare på att leda värme och laddning än kisel, grafen förväntas revolutionera höghastighetstransistorer inom en snar framtid.

Grafens exotiska elektroniska och magnetiska egenskaper kan skräddarsys genom att skära stora ark av materialet ner till band av specifika längder och kantkonfigurationer – forskare har teoretiserat att nanoband med sicksackkanter är de mest magnetiska, vilket gör dem lämpliga för spintronikapplikationer. (Spintronics-enheter, till skillnad från konventionell elektronik, använd elektronernas snurr istället för deras laddning.)

Men denna "top-down" tillverkningsmetod är ännu inte praktisk, eftersom nuvarande litografiska tekniker för att skräddarsy banden alltid ger defekter.

Nu, forskare från UCLA och Tohoku University har upptäckt en ny självmonteringsmetod för att producera defektfria grafennanoband med periodiska sicksackkanter. I denna "bottom-up"-teknik, forskare använder ett kopparsubstrats unika egenskaper för att förändra hur föregångarmolekylerna reagerar på varandra när de samlas i grafen -nanoribon. Detta gör det möjligt för forskarna att kontrollera nanobandens längd, kantkonfiguration och plats på underlaget.

Denna nya metod för grafentillverkning genom självmontering är ett språngbräda mot produktion av självmonterade grafenenheter som avsevärt kommer att förbättra prestandan hos datalagringskretsar, batterier och elektronik.

Paul Weiss, framstående professor i kemi och biokemi och medlem i UCLA:s California NanoSystems Institute, utvecklat metoden för att producera nanoribbons med Patrick Han och Taro Hitosugi, professorer vid Advanced Institute of Materials Research vid Tohoku University i Sendai, Japan, där Weiss också är medlem. Studien publicerades nyligen i tidskriften ACS Nano .

"För att göra enheter av grafen, vi måste kontrollera dess geometriska och elektroniska strukturer, " Sa Weiss. "Att göra sicksackkanter gör båda dessa samtidigt, eftersom det finns några speciella egenskaper hos grafen nanoband med sicksackkanter. Att ha dessa i handen kommer att göra det möjligt för oss att testa teoretiska förutsägelser om dem, såsom magnetiska egenskaper."

Andra nedifrån-och-upp-metoder för att tillverka grafen har försökts, men de har producerat buntar med band som sedan måste isoleras och placeras för användning i enheter.

"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, "Han sa." Men det betyder också att sättet att samla dessa molekyler helt bestäms av de intermolekylära krafterna och av molekylkemin. Vår metod öppnar möjligheten för självmontering av enkelgrafenenheter på önskade platser, på grund av längden och riktningskontrollen."