Обладая буквально толщиной в один атом углерода и электрическими свойствами, которые могут превосходить характеристики стандартных полупроводниковых технологий, графеновые наноленты обещают новое поколение миниатюрных электронных устройств. Теория, однако, далеко опережает реальность, поскольку современные графеновые наноленты не достигают своего потенциала. Новое совместное исследование, представленное в «Коммуникационных материалах», в рамках проекта CREST, JST Japan, включая Институт науки и технологий Нара (NAIST), Fujitsu Laboratories ЛТД. и Fujitsu ЛТД., и Токийский университет сообщает о первой в истории графеновой наноленте шириной из 17 атомов углерода и подтверждает, что она имеет наименьшую ширину запрещенной зоны среди известных графеновых нанолент, полученных методом снизу вверх.
Крупномасштабные интегральные схемы (БИС), в которых используются кремниевые полупроводники, используются в широком спектре электронных устройств, от компьютеров до смартфонов.
Они на самом деле поддерживают нашу жизнь и почти все остальное в наши дни. Однако, хотя LSI улучшили производительность устройства за счет уменьшения размера устройств, миниатюризация LSI приближается к своему пределу. В то же время коммерческий спрос по-прежнему заставляет компании производить более производительные смартфоны меньшего размера, в то время как отраслевое давление требует крупномасштабного производства с меньшим оборудованием.
Для решения этих проблем определенно необходимы другие методы и / или материалы, – говорит руководитель группы д-р.
Синтаро Сато, Fujitsu ЛТД.
"Кремниевые полупроводники обеспечивают лучшую производительность при меньших размерах.
Однако мы приближаемся к пределу того, насколько маленькими мы можем делать устройства. Таким образом, мы возлагаем большие надежды на характеристики графеновых нанолент, которые обладают полупроводящими свойствами толщиной всего в один атом – это 2D-материал », – отмечает он.
Графеновые наноленты представляют собой сотовые структуры и, по сравнению с графеном и углеродными нанотрубками, являются менее известным членом семейства полупроводников на основе углерода. Графеновые наноленты демонстрируют уникальные электронные и магнитные свойства, которых нет в двумерном графене.
"Интересно, что электронные и магнитные свойства графеновых нанолент широко регулируются в зависимости от ширины и структуры края."говорит проф. Хироко Ямада в NAIST.
Графеновые наноленты кресельного типа, которые являются многообещающим типом нанолент для применения в устройствах, отображают ширину запрещенной зоны.
Их можно разделить на три подсемейства (3p, 3p + 1, 3p + 2), ширина запрещенной зоны которых обратно пропорциональна ширине этих семейств. По сути, более широкие графеновые наноленты с краями кресла, принадлежащие подсемейству 3p + 2, имеют наименьшую ширину запрещенной зоны среди различных графеновых нанолент, имея значительный потенциал для использования в устройствах на основе ГНР.
До сих пор сообщалось о 13-кресельных графеновых нанолентах, принадлежащих подсемейству 3p + 1 с шириной запрещенной зоны более 1 эВ, но Сато, Ямада и его коллеги продемонстрировали синтез 17-графеновой наноленты, принадлежащей подсемейству 3p + 2. , у которых есть еще меньшие запрещенные зоны.
Синтез графеновой наноленты был основан на восходящем подходе, называемом «поверхностный синтез», и молекула на основе дибромбензола использовалась в качестве прекурсора для поверхностного синтеза графеновой наноленты.
«Существует множество методов синтеза графеновых нанолент, но для получения графеновых нанолент атомарной точности мы решили использовать восходящий подход. «Важным моментом является то, что структура предшественника может определять окончательную структуру графеновых нанолент, если мы используем восходящий подход», – объясняет доктор NAIST. Хиронобу Хаяси, который также участвовал в исследовании.
Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия. Дзюнъити Ямагути в Fujitsu.
ЛТД. и бесконтактная атомно-силовая микроскопия Dr. Акитоши Сиотари и проф. Ёсиаки Сугимото из Токийского университета подтвердил атомную и электронную структуру приобретенных графеновых нанолент с 17 креслами. Кроме того, экспериментально полученная ширина запрещенной зоны 17-кресельных графеновых нанолент оказалась равной 0.6 эВ, и это первая демонстрация синтеза графеновых нанолент с шириной запрещенной зоны менее 1 эВ контролируемым образом.
«Мы ожидаем, что эти 17-углеродные графеновые наноленты проложат путь для новых электронных устройств на основе ГНР», – говорит Сато.