Med bokstavligen tjockleken på en kolatom och elektriska egenskaper som kan överträffa de för standard halvledarteknologier, Nanorribbons av grafen lovar en ny generation av miniatyriserade elektroniska enheter. Teorin, dock, ligger långt före verkligheten, med nuvarande grafen nanoband som inte når sin potential.

En ny samarbetsstudie sett i Kommunikationsmaterial av ett projekt av CREST, JST Japan inklusive Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. och Fujitsu Ltd., och University of Tokyo rapporterar om det första 17-kol breda grafennanorbandet någonsin och bekräftar att det har det minsta bandgapet som hittills setts bland kända grafennanorband framställda på ett nedifrån-och-upp-sätt.

Storskaliga integrerade kretsar (LSI) som använder kiselhalvledare används i ett brett utbud av elektroniska enheter, var som helst från datorer till smartphones. De stöder faktiskt våra liv och nästan allt annat nu för tiden. Dock, även om LSI har förbättrat enhetens prestanda genom att minska enheternas storlek, LSI-miniatyrisering närmar sig sin gräns. På samma gång, kommersiell efterfrågan fortsätter att sätta press på företag att tillverka smartare med högre prestanda i mindre storlekar, medan industritrycket kräver storskalig tillverkning med mindre utrustning.

Andra metoder och/eller material behövs definitivt för att lösa dessa problem, säger gruppledaren Dr. Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

"Kiselhalvledare ger oss bättre prestanda i mindre storlekar. vi når gränsen för hur små vi kan göra enheter. Således, vi har höga förväntningar på prestanda hos grafen nanoband, som har halvledande egenskaper som bara är en atom tjock - ett 2D-material, " konstaterar han.

Grafen nanoband är bikakeliknande strukturer och, jämfört med grafen och kolnanorör, är den mindre kända kolbaserade halvledarfamiljemedlemmen. Grafen nanoband uppvisar unika elektroniska och magnetiska egenskaper som inte förekommer i tvådimensionell grafen.

"Intressant, de elektroniska och magnetiska egenskaperna hos grafen -nanoribbon är i stor utsträckning inställda som en funktion av bredden och kantstrukturen. "säger professor Hiroko Yamada på NAIST.

Fåtöljen-typ grafen nanoribbons, som är lovande typ av nanorband för enhetstillämpning, visa breddberoende bandgap. De kan klassificeras i tre underfamiljer (3p, 3p + 1, 3p + 2), deras bandgap är omvänt proportionell mot bredden på dessa familjer. I grund och botten, bredare nanorband av grafen med fåtöljer som tillhör underfamiljen 3p + 2 har de minsta bandgapen bland olika grafennanoband, har avsevärd potential att utnyttjas i GNR-baserade enheter.

Än så länge, 13-fåtöljs grafen nanoband som tillhör underfamiljen 3p + 1 med ett bandgap på mer än 1 eV har rapporterats, men Sato, Yamada och kollegor visar syntesen av ett 17-grafen nanoband som tillhör underfamiljen 3p + 2, som har ännu mindre bandgap.

Syntesen av grafen nanorribbon baserades på bottom-up-metoden, kallas "syntes på ytan, " och en dibrombensen-baserad molekyl användes som en prekursor för grafen-nanorribbonsyntes på ytan.

"Det finns många metoder för att syntetisera grafen -nanoribbon, men för att producera atomiskt exakta grafen -nanoribb, vi bestämde oss för att använda bottom-up-metoden. Den viktiga punkten är att strukturen av prekursorn kan definiera den ultimata strukturen av grafen nanoband om vi använder bottom-up-metoden, " förklarar NAISTs Dr Hironobu Hayashi, som också bidragit till studien.

Skanningstunnelmikroskopi och spektroskopi av Dr Junichi Yamaguchi vid Fujitsu. Ltd. och beröringsfri atomkraftsmikroskopi av Dr. Akitoshi Shiotari och Prof. Yoshiaki Sugimoto vid University of Tokyo bekräftade den atomära och elektroniska strukturen hos de förvärvade 17-fåtöljerna av grafen nanoband. Dessutom, det experimentellt erhållna bandgapet av 17-fåtöljs grafen nanoband visade sig vara 0,6 eV, och detta är den första demonstrationen av syntesen av grafennanorband med ett bandgap som är mindre än 1 eV på ett kontrollerat sätt.

"Vi förväntar oss att dessa 17 kol breda grafen nanoband kommer att bana väg för nya GNR-baserade elektroniska enheter, säger Sato.