p Cristais de silício são os semicondutores mais comumente usados ​​para fazer transistores, que são componentes eletrônicos críticos usados ​​para realizar operações lógicas em computação. Contudo, à medida que processadores mais rápidos e poderosos são criados, o silício atingiu um limite de desempenho:quanto mais rápido ele conduz eletricidade, mais quente fica, levando a superaquecimento. p Grafeno, feito de uma folha de carbono com um átomo de espessura, fica muito mais frio e pode conduzir muito mais rápido, mas deve ser em pedaços menores, chamados nanofitas, a fim de atuar como um semicondutor. Apesar de muito progresso na fabricação e caracterização de nanofitas, transferi-los de forma limpa para as superfícies usadas para a fabricação de chips tem sido um desafio significativo.

p Um estudo recente conduzido por pesquisadores do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de Illinois e do Departamento de Química da Universidade de Nebraska-Lincoln demonstrou o primeiro passo importante para a integração de nanofitas de grafeno atomicamente precisas (APGNRs) em substratos não metálicos . O papel, "Nanoribbons Chevron Graphene Solution-Synthesized Exfoliated on H:Si (100), "foi publicado em Nano Letras .

p As nanofitas de grafeno medem apenas vários nanômetros de diâmetro, além dos limites da padronização de cima para baixo de chip convencional usada na fabricação de chip. Como resultado, quando esculpido em pedaços maiores de grafeno por várias abordagens de nanofabricação, as nanofitas de grafeno não são uniformes nem estreitas o suficiente para exibir as propriedades semicondutoras desejadas.

p "Quando você está indo de cima para baixo, é muito difícil obter controle sobre a largura. Acontece que se a largura modula em apenas um átomo ou dois, as propriedades mudam significativamente, "disse Adrian Radocea, um estudante de doutorado no Grupo de Nanoeletrônica e Nanomateriais da Beckman.

p Como resultado, as nanofitas devem ser feitas "de baixo para cima, "de moléculas menores para criar nanofitas atomicamente precisas com propriedades eletrônicas altamente uniformes.

p "É como blocos de construção moleculares:tipo como juntar Legos para construir algo, "disse Radocea." Eles travam no lugar, e você acaba com o controle exato sobre a largura da fita. "

p A abordagem "de baixo para cima" foi mostrada pela primeira vez para nanofitas de grafeno por Cai et al. em um artigo da Nature de 2010 demonstrando o crescimento de nanofitas de grafeno atomicamente precisas em substratos metálicos. Em 2014, o grupo de pesquisa de Alexander Sinitskii na Universidade de Nebraska-Lincoln desenvolveu uma abordagem alternativa para fazer nanofitas de grafeno atomicamente precisas em solução.

p "A síntese demonstrada anteriormente em substratos metálicos produz nanofitas de grafeno de altíssima qualidade, mas seu número é bastante pequeno, como o crescimento se limitou à superfície do metal precioso, "disse Sinitskii, professor associado de química da Universidade de Nebraska-Lincoln e autor do estudo. "É difícil escalar essa síntese. Em contraste, quando as nanofitas são sintetizadas no ambiente de solução tridimensional irrestrito, eles podem ser produzidos em grandes quantidades. "

p A dificuldade em transferir nanofitas de maneira limpa deriva da alta sensibilidade aos contaminantes ambientais. Tanto as nanofitas sintetizadas em solução quanto as crescidas na superfície são expostas a produtos químicos durante o processo de transferência que podem afetar o desempenho dos dispositivos de nanofita de grafeno. Para superar este desafio, a equipe interdisciplinar usou uma transferência a seco em um ambiente de ultra-alto vácuo.

p Um aplicador de fibra de vidro revestido com pó de nanofibra de grafeno foi aquecido para remover contaminantes e resíduos de solvente e, em seguida, pressionado sobre uma superfície de silício passivada por hidrogênio recém-preparada. As nanofitas foram estudadas em grande detalhe com microscópio de tunelamento de ultra-alto vácuo desenvolvido por Joseph Lyding, professor de engenharia elétrica e da computação em Illinois e autor do estudo. Os pesquisadores obtiveram imagens em escala atômica e medições eletrônicas das nanofitas de grafeno que foram críticas para confirmar suas propriedades eletrônicas e compreender a influência do substrato.

p Experiência computacional disponível na Beckman, Radocea explicou, foi fundamental para a compreensão dos resultados experimentais. "Eu ainda estava coletando mais dados tentando descobrir o que estava acontecendo. Depois que os resultados da modelagem chegaram e começamos a olhar para os dados de forma diferente, tudo fazia sentido. "

p Membros do Grupo de Nanosistemas Multiescala Computacional da Beckman, Tao Sun, um estudante de doutorado, e Narayana Aluru, professor de ciência mecânica e engenharia, forneceu experiência em modelagem computacional por meio da teoria do funcional da densidade para investigar as propriedades das nanofitas.

p "Os cálculos da teoria funcional da densidade forneceram uma compreensão mais profunda das propriedades eletrônicas do sistema integrado e das interações entre as nanofitas de grafeno e o substrato de silício, "disse Sun." Foi emocionante que os resultados computacionais pudessem ajudar a explicar e confirmar os resultados experimentais e fornecer uma história coerente. "

p "Nanofitas de grafeno atomicamente precisas (APGNRs) são candidatos sérios para a era pós-silício, quando o dimensionamento do transistor de silício convencional falha, "disse Lyding." Isso demonstra o primeiro passo importante para integrar APGNRs com substratos de silício tecnologicamente relevantes. "

p "Acho o projeto muito empolgante porque você está construindo coisas com controle de nível atômico, então você tenta colocar cada átomo exatamente onde você quer que vá, "disse Radocea." Não há muitos materiais por aí onde você possa dizer que tem essa habilidade. As nanofitas são empolgantes porque há uma necessidade real e uma aplicação real. "