Tvådimensionella ark av grafen i form av band med några tiotals nanometer över har unika egenskaper som är mycket intressanta för användning i framtida elektronik. Forskare har nu för första gången fullt ut karaktäriserat nanoribon som odlats i båda de två möjliga konfigurationerna på samma skiva med en tydlig väg mot att uppskala produktionen.

Grafen i form av nanoribbon visar så kallad ballistisk transport, vilket innebär att materialet inte värms upp när en ström strömmar genom det. Detta öppnar en intressant väg mot hög hastighet, låg effekt nanoelektronik. Nanoribbon -formen kan också låta grafen bete sig mer som en halvledare, vilket är den typ av material som finns i transistorer och dioder. Egenskaperna hos grafen -nanoribb är nära besläktade med den exakta strukturen på bandets kanter. Också, symmetrin i grafenstrukturen låter kanterna ta två olika konfigurationer, så kallad sicksack och fåtölj, beroende på riktningen för bandets långa respektive korta kant.

Nanoribonen odlades på en mall gjord av kiselkarbid under välkontrollerade förhållanden och präglades noggrant av ett forskargrupp från MAX IV Laboratory, Techniche Universität Chemnitz, Leibniz Universität Hannover, och Linköpings universitet. Mallen har åsar som löper i två olika kristallografiska riktningar för att låta både fåtöljen och sicksack-sorterna av grafen-nanoribbon bildas. Resultatet är en förutsägbar tillväxt av grafenanoribb av hög kvalitet som har en homogenitet över en millimeters skala och en välkontrollerad kantstruktur.

En av de nya resultaten är att forskarna kunde visa ballistisk transport i huvuddelen av nanoribonen. "Detta var möjligt på grund av extremt utmanande fyra sondförsök utförda i en längdskala under 100 nm av gruppen i Chemnitz, säger Alexei Zakharov, en av författarna.

Den elektriska karakteriseringen visar också att motståndet är många gånger högre i bandets så kallade fåtöljkonfiguration, i motsats till den erhållna sicksack-formen med lägre motstånd. Detta antyder en möjlig bandöppning i fåtöljen nanoribbons, gör dem halvledande. Processen som används för att förbereda mallen för nanoribontillväxt är lätt skalbar. Detta innebär att det skulle fungera bra för utveckling till den storskaliga produktionen av grafen-nanoribb som behövs för att göra dem till en bra kandidat för ett framtida material inom elektronikindustrin.

"Än så länge, vi har tittat på nanoribbons som är 30-40 nanometer breda. Det är utmanande att göra nanoribbon som är 10 nanometer eller mindre, men de skulle ha mycket intressanta elektriska egenskaper, och det finns en plan för att göra det. Sedan kommer vi också att studera dem vid MAXPEEM -strållinjen, säger Zakharov.

Mätningarna som utfördes vid MAXPEEM-strållinjen gjordes med en teknik som inte kräver röntgenstrålar. Strållinjen kommer att gå in i sin idrifttagningsfas i vår och kommer att välkomna användare i år.