Forskare vid Aalto-universitetet har lyckats experimentellt realisera metalliska grafen-nanorband (GNR) som bara är 5 kolatomer breda. I deras artikel publicerad i Naturkommunikation , forskargruppen demonstrerade tillverkning av GNR och mätte deras elektroniska struktur. Resultaten tyder på att dessa extremt smala och enatomtjocka band skulle kunna användas som metalliska sammankopplingar i framtida mikroprocessorer.

Grafen nanoband har föreslagits som idealiska trådar för användning i framtida nanoelektronik:när storleken på tråden reduceras till atomskala, grafen förväntas överträffa koppar när det gäller konduktans och motstånd mot elektromigrering, vilket är den typiska nedbrytningsmekanismen i tunna metalltrådar. Dock, alla påvisade grafen nanoband har varit halvledande, vilket hindrar deras användning som sammankopplingar. Leds av prof. Peter Liljeroth, forskare från Atomic Scale Physics and Surface Science-grupperna har nu experimentellt visat att vissa atomärt exakta grafennanorbandsbredder är nästan metalliska, i enlighet med tidigare förutsägelser baserade på teoretiska beräkningar.

Teamet använde state-of-the-art scanning tunneling microscopy (STM) som gör att de kan undersöka materialets struktur och egenskaper med atomär upplösning. "Med denna teknik, vi mätte egenskaperna hos enskilda band och visade att band längre än 5 nanometer uppvisar metalliskt beteende, " säger Dr Amina Kimouche, huvudförfattaren till studien.

Tillverkningen av nanorband är baserad på en kemisk reaktion på en yta. "Det coola med tillverkningsproceduren är att prekursormolekylen exakt bestämmer bredden på bandet. Om du vill ha en-kol-atom-breda band, du måste helt enkelt välja en annan molekyl, " förklarar Dr Pekka Joensuu, som övervakade syntesen av prekursormolekylerna för banden.

De experimentella fynden kompletterades med teoretiska beräkningar av gruppen Quantum Many-Body Physics ledd av Dr Ari Harju. Teorin förutspår att när bredden på banden ökar atom för atom, var tredje bredd bör vara (nästan) metallisk med ett mycket litet bandgap. "Enligt kvantmekaniken, normalt när du gör ditt system mindre, det ökar bandgapet. Grafen kan fungera annorlunda på grund av dess extraordinära elektroniska egenskaper, " säger Harjus doktorand Mikko Ervasti, vem som utförde beräkningarna.

Dessa resultat banar väg för användning av grafen i framtida elektroniska enheter, där dessa ultrasmala band kan ersätta koppar som sammankopplingsmaterial. Framtida studier kommer att fokusera på helt grafenenheter som kombinerar både metalliska och halvledande grafennanostrukturer. "Medan vi är långt ifrån riktiga tillämpningar, det är ett extremt spännande koncept att bygga användbara enheter från dessa små strukturer och att åstadkomma grafenkretsar med kontrollerade kopplingar mellan GNR, säger Liljeroth.