Det är nu möjligt att göra ett uppskattat material för spintroniska enheter och halvledare - monolager grafen -nanoribbon med sicksackkanter.

Minimala band av grafen är mycket eftertraktade byggstenar för halvledarenheter på grund av deras förutsagda elektroniska egenskaper. Men att göra dessa nanostrukturer har varit en utmaning. Nu, ett team av forskare från Kina och Japan har tagit fram en ny metod för att göra strukturerna i labbet. Deras resultat visas i det aktuella numret av Tillämpad fysikbokstäver .

"Många studier har förutsagt egenskaperna hos grafen -nanoribbon med sicksackkanter, "sade Guangyu Zhang, seniorförfattare på studien. "Men i experiment är det väldigt svårt att faktiskt göra detta material."

Tidigare, forskare har försökt göra grafen -nanoribbon genom att placera grafenark över ett lager kiseldioxid och använda atomväte för att etsa remsor med sicksackkanter, en process som kallas anisotrop etsning. Dessa kanter är avgörande för att modulera nanoribons egenskaper.

Men denna metod fungerade bara bra för att göra band som hade två eller flera grafenlager. Oregelbundenheter i kiseldioxid som skapats av elektroniska toppar och dalar gör att ytan blir hårdare, så att skapa exakta sicksackkanter på grafenmonoskikt var en utmaning. Zhang och hans kollegor från Chinese Academy of Sciences, Pekings nyckellaboratorium för nanomaterial och nanodatorer, och Collaborative Innovation Center of Quantum Matter samarbetade med japanska medarbetare från National Institute for Materials Science för att lösa problemet.

De ersatte den underliggande kiseldioxiden med bornitrid, ett kristallint material som är kemiskt trögt och har en slät yta utan elektroniska stötar och gropar. Genom att använda detta substrat och den anisotropa etsningstekniken, gruppen gjorde framgångsrikt grafen-nanoribbon som bara var ett lager tjocka, och hade väldefinierade sicksackkanter.

"Det här är första gången vi någonsin har sett att grafen på en bornitridyta kan tillverkas på ett så kontrollerbart sätt, "Förklarade Zhang.

De sicksackkantade nanoribbonen visade hög elektronmobilitet i intervallet 2000 cm2/V även vid bredder mindre än 10 nm-det högsta värdet som någonsin rapporterats för dessa strukturer-och skapade rena, smala energibandgap, vilket gör dem lovande material för spintronic och nano-elektroniska enheter.

"När du minskar nanoribbons bredd, rörligheten minskar drastiskt på grund av kantfel, "sa Zhang." Med hjälp av standard litografi tillverkningstekniker, studier har sett rörlighet på 100 cm2/V eller ännu lägre, men vårt material överstiger fortfarande 2000 cm2/V även vid sub-10 nanometer skala, visar att dessa nanoribbon håller mycket hög kvalitet. "

I framtida studier, att utvidga denna metod till andra typer av substrat kan göra det möjligt för snabb storskalig bearbetning av monoskikt av grafen att göra högkvalitativa nanoribb med zigzagkanter.