p Fitas de grafeno com apenas alguns átomos de largura, as chamadas nanofitas de grafeno, têm propriedades elétricas especiais que os tornam candidatos promissores para a nanoeletrônica do futuro. Enquanto o grafeno, uma camada de carbono unidimensional, é um material condutor, pode se tornar um semicondutor na forma de nanofitas. Isso significa que ele tem uma energia ou intervalo de banda suficientemente grande em que nenhum estado de elétron pode existir - ele pode ser ligado e desligado, e, portanto, pode se tornar um componente chave dos nanotransistores. p Os menores detalhes na estrutura atômica dessas bandas de grafeno, Contudo, têm efeitos massivos no tamanho da lacuna de energia, e, portanto, em como as nanofitas são adequadas como componentes de transistores. Por um lado, a lacuna depende da largura das fitas de grafeno, por outro lado, depende da estrutura das bordas. Uma vez que o grafeno consiste em hexágonos de carbono equilátero, a borda pode ter um zigue-zague ou a chamada forma de poltrona, dependendo da orientação das fitas. Enquanto as bandas com uma borda em zigue-zague se comportam como metais, ou seja, eles são condutores, eles se tornam semicondutores com a borda da poltrona.

p Isso representa um grande desafio para a produção de nanofitas. Se as fitas são cortadas de uma camada de grafeno ou feitas cortando nanotubos de carbono, as bordas podem ser irregulares, e assim, as fitas de grafeno podem não exibir as propriedades elétricas desejadas.

p Criando um semicondutor com nove átomos

p Os pesquisadores da Empa, em colaboração com o Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros em Mainz e a Universidade da Califórnia em Berkeley, conseguiram agora criar fitas de exatamente nove átomos de largura com uma borda de poltrona regular de moléculas precursoras. As moléculas especialmente preparadas são evaporadas em um vácuo ultra-alto para esse propósito. Após várias etapas do processo, eles são combinados como peças de um quebra-cabeça em uma base de ouro para formar as nanofitas desejadas de cerca de um nanômetro de largura e até 50 nanômetros de comprimento.

p Essas estruturas, que só pode ser visto com um microscópio de tunelamento de varredura, agora têm uma lacuna de energia relativamente grande e precisamente definida. Isso permitiu aos pesquisadores dar um passo adiante e integrar as fitas de grafeno em nanotransistores. Inicialmente, Contudo, as primeiras tentativas não tiveram muito sucesso. As medições mostraram que a diferença no fluxo de corrente entre o estado "LIGADO" (ou seja, com tensão aplicada) e o estado "DESLIGADO" (sem tensão aplicada) era muito pequena. O problema era a camada dielétrica de óxido de silício que conecta as camadas semicondutoras ao contato da chave elétrica. Para ter as propriedades desejadas, precisava ter 50 nanômetros de espessura, que, por sua vez, influenciou o comportamento dos elétrons.

p Contudo, os pesquisadores posteriormente conseguiram reduzir massivamente essa camada usando óxido de háfnio (HfO2) em vez de óxido de silício como material dielétrico. Portanto, a camada agora tem apenas 1,5 nanômetro de espessura e a corrente "ligada" é ordens de magnitudes maiores.

p Outro problema foi a incorporação de fitas de grafeno no transistor. No futuro, as fitas não devem mais ser localizadas cruzadas no substrato do transistor, mas sim alinhado exatamente ao longo do canal do transistor. Isso reduziria significativamente o nível atualmente alto de nanotransistores que não funcionam.