Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Patrick Han e Prof. Taro Hitosugi no Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (AIMR), A Universidade de Tohoku descobriu um novo método de fabricação de baixo para cima que produz nanofitas de grafeno (GNRs) sem defeitos com regiões periódicas em zigue-zague. Este método, que controla a direção de crescimento de GNR e distribuição de comprimento, é um trampolim para a futura fabricação de dispositivos de grafeno por automontagem.

Grafeno, com sua baixa dimensionalidade, alta estabilidade, força elevada, e alta mobilidade da portadora de carga, promete ser um material revolucionário para a fabricação de transistores de alta velocidade de próxima geração. Além disso, Prevê-se que as propriedades do grafeno sejam diretamente controláveis ​​por sua estrutura. Por exemplo, trabalhos recentes demonstraram que o bandgap das poltronas GNRs é controlado pela largura da fita. Contudo, os recursos de adaptação de propriedade de outras conformações de borda (por exemplo, a borda do ziguezague é prevista pela teoria como tendo propriedades magnéticas) não foram testados, porque sua fabricação sem defeitos continua sendo um grande desafio.

"Estratégias anteriores em montagens moleculares ascendentes usaram substratos inertes, como ouro ou prata, para dar às moléculas muita liberdade para se difundir e reagir na superfície, "diz Han." Mas isso também significa que a maneira como essas moléculas se agrupam é completamente determinada pelas forças intermoleculares e pela química molecular. " não há molécula que possa ser montada para produzir GNRs em zigue-zague.

Para atingir a borda do ziguezague, a equipe AIMR usou uma superfície de cobre - um substrato mais reativo do que ouro ou prata - para introduzir novas interações substrato para molécula, além das interações intermoleculares. Os efeitos dessa estratégia foram demonstrados usando uma molécula precursora conhecida por formar GNRs de ponta de poltrona. No cobre, As imagens do microscópio de varredura por tunelamento revelaram uma montagem molecular que é totalmente diferente daquela do ouro ou da prata, produzindo GNRs com regiões periódicas em zigue-zague. As direções futuras incluem a avaliação de outras superfícies reativas para a fabricação de GNR de baixo para cima, e a determinação dos efeitos de alfaiataria de propriedade das arestas GNR mostradas neste trabalho.

Além disso, a reatividade da superfície do substrato de cobre também tem um efeito profundo na distribuição do comprimento do GNR e na direção do crescimento da superfície. Ao contrário das montagens anteriores, o método atual produz fitas mais curtas, apenas em seis direções azimutais de superfície. Esses recursos podem ser explorados para fazer interconexões de grafeno simples entre estruturas pré-fabricadas por automontagem.

"Conjuntos controlados por difusão, como pode ser visto em ouro e prata, produzir pacotes de GNRs longos. Esses métodos são bons para criar matrizes de interconexão, mas não conexões únicas ", Han diz. "Nosso método abre a possibilidade de auto-montagem de dispositivos de grafeno simples em locais desejados, por causa do comprimento e do controle de direção. "