Viktiga elektroniska komponenter, såsom dioder och tunnelbarriärer, kan inkorporeras i enstaka grafentrådar (nanoband) med atomär precision. Målet är att skapa grafenbaserade elektroniska enheter med extremt snabba drifthastigheter. Upptäckten gjordes i ett samarbete mellan Aalto-universitetet och deras kollegor vid Utrecht University och TU Delft i Nederländerna. Verket publiceras i Naturkommunikation .

"Undermaterialet" grafen har många intressanta egenskaper, och forskare runt om i världen letar efter nya sätt att använda dem. Grafen i sig har inte de egenskaper som behövs för att koppla på och stänga av elektriska strömmar och smarta lösningar måste hittas för just detta problem. "Vi kan göra grafenstrukturer med atomär precision. Genom att välja vissa prekursorämnen (molekyler), vi kan koda strukturen för den elektriska kretsen med extrem noggrannhet, " förklarar Peter Liljeroth från Aalto-universitetet, som skapade forskningsprojektet tillsammans med Ingmar Swart från Utrecht University.

Sömlös integrering

Grafenens elektroniska egenskaper kan kontrolleras genom att syntetisera den till mycket smala remsor (grafennanorband). Tidigare forskning har visat att bandets elektroniska egenskaper är beroende av dess atombredd. Ett band som är fem atomer brett beter sig på samma sätt som en metalltråd med extremt bra ledningsegenskaper, men att lägga till två atomer gör bandet till en halvledare. "Vi kan nu sömlöst integrera fem atomomfattande band med sju atomomfattande band. Det ger dig en metall-halvledarövergång, som är en grundläggande byggsten av elektroniska komponenter, " enligt Ingmar Swart.

Kemi på en yta

Forskarna producerade sina elektroniska grafenstrukturer genom en kemisk reaktion. De förångade prekursormolekylerna på en guldkristall, där de reagerar på ett mycket kontrollerat sätt för att ge nya kemiska föreningar. "Detta är en annan metod än den som för närvarande används för att producera elektriska nanostrukturer, som de på datorchips. För grafen, det är så viktigt att strukturen är exakt på atomnivå och det är troligt att den kemiska vägen är den enda effektiva metoden, " avslutar Ingmar Swart.

Elektroniska egenskaper

Forskarna använde avancerade mikroskopiska tekniker för att också bestämma elektroniska egenskaper och transportegenskaper hos de resulterande strukturerna. Det var möjligt att mäta elektrisk ström genom en grafen nanorribbon-enhet med en exakt känd atomstruktur. "Detta är första gången där vi kan skapa t.ex. en tunnelbarriär och verkligen veta dess exakta atomstruktur. Samtidig mätning av elektrisk ström genom enheten gör att vi kan jämföra teori och experiment på en mycket kvantitativ nivå, säger Peter Liljeroth.