Les nanorubans de graphène sont fabriqués par assemblage moléculaire sur un substrat de Cu(111). Sur ce système de surface, Les GNR augmentent dans six directions azimutales exclusivement. Des lignes blanches dans l'encart soulignent les bords en zigzag d'un ruban. Crédit :Patrick Han
Une équipe de recherche dirigée par le Pr Patrick Han et le Pr Taro Hitosugi à l'Advanced Institute of Materials Research (AIMR), L'Université de Tohoku a découvert une nouvelle méthode de fabrication ascendante qui produit des nanorubans de graphène (GNR) sans défaut avec des régions de bord en zigzag périodiques. Cette méthode, qui contrôle la direction de croissance du GNR et la distribution des longueurs, est un tremplin vers la future fabrication de dispositifs en graphène par auto-assemblage.
Graphène, avec sa faible dimensionnalité, haute stabilité, haute résistance, et une grande mobilité des porteurs de charge, promet d'être un matériau révolutionnaire pour la fabrication de transistors à grande vitesse de nouvelle génération. De plus, Les propriétés du graphène devraient être directement contrôlables par sa structure. Par exemple, des travaux récents ont démontré que la bande interdite des GNR de fauteuil est contrôlée par la largeur du ruban. Cependant, les capacités d'adaptation des propriétés d'autres conformations de bord (par exemple, le bord en zigzag est prédit par la théorie comme ayant des propriétés magnétiques) n'ont pas été testés, car leur fabrication sans défaut reste un défi majeur.
"Les stratégies précédentes dans les assemblages moléculaires bottom-up utilisaient des substrats inertes, comme l'or ou l'argent, donner aux molécules une grande liberté de diffusion et de réaction en surface, " dit Han. " Mais cela signifie aussi que la façon dont ces molécules s'assemblent est complètement déterminée par les forces intermoléculaires et par la chimie moléculaire. " Actuellement, il n'y a pas de molécule qui puisse s'assembler pour produire des GNR à bords en zigzag.
Pour cibler le bord en zigzag, l'équipe AIMR a utilisé une surface de cuivre - un substrat plus réactif que l'or ou l'argent - pour introduire de nouvelles interactions substrat-molécule, en plus des interactions intermoléculaires. Les effets de cette stratégie ont été démontrés à l'aide d'une molécule précurseur connue pour former des GNR de bord de fauteuil. Sur le cuivre, les images au microscope à effet tunnel ont révélé un assemblage moléculaire totalement différent de celui de l'or ou de l'argent, produisant des GNR avec des régions de bord en zigzag périodiques. Les orientations futures incluent l'évaluation d'autres surfaces réactives pour la fabrication de GNR de bas en haut, et la détermination des effets d'adaptation des propriétés des bords GNR montrés dans ce travail.
La définition des configurations en zigzag (rouge) et en fauteuil (bleu) dans un treillis en nid d'abeille. Crédit :Patrick Han
De plus, la réactivité de surface du substrat de cuivre a également un effet profond à la fois sur la distribution de la longueur du GNR et sur la direction de croissance de la surface. Contrairement aux assemblages précédents, la méthode actuelle produit des rubans plus courts, seulement dans six directions azimutales de surface. Ces caractéristiques pourraient être exploitées pour réaliser des interconnexions en graphène unique entre des structures préfabriquées par auto-assemblage.
"Assemblages à diffusion contrôlée, comme on le voit sur l'or et l'argent, produire des faisceaux de longs GNR. Ces méthodes sont bonnes pour faire des tableaux d'interconnexion, mais pas de connexions uniques", dit Han. "Notre méthode ouvre la possibilité d'auto-assembler des dispositifs de graphène uniques aux emplacements souhaités, à cause de la longueur et du contrôle de direction."
