Dans un développement qui pourrait révolutionner le circuit électronique, une équipe de recherche de l'Université du Wisconsin à Madison (UW) et du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie a confirmé une nouvelle façon de contrôler les voies de croissance des nanorubans de graphène à la surface d'un cristal de germainum.

Le germanium est un semi-conducteur et cette méthode fournit un moyen simple de fabriquer des circuits nanométriques semi-conducteurs à partir de graphène, une forme de carbone d'un seul atome d'épaisseur.

La méthode a été découverte par des scientifiques de l'UW et confirmée lors de tests à Argonne.

"Certains chercheurs ont voulu fabriquer des transistors à partir de nanotubes de carbone mais le problème est qu'ils poussent dans toutes sortes de directions, " a déclaré Brian Kiraly d'Argonne. " L'innovation ici est que vous pouvez les développer le long de circuits qui fonctionnent pour votre technologie. "

Les chercheurs de l'UW ont utilisé le dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître des nanorubans de graphène sur des cristaux de germanium. Cette technique coule un mélange de méthane, de l'hydrogène et de l'argon dans un four tubulaire. A hautes températures, le méthane se décompose en atomes de carbone qui se déposent à la surface du germanium pour former une feuille de graphène uniforme. En ajustant les paramètres de la chambre, l'équipe UW a pu exercer un contrôle très précis sur le matériau.

"Ce que nous avons découvert, c'est que lorsque le graphène pousse sur du germanium, il forme naturellement des nanorubans avec ces très lisses, bords de fauteuil, " a déclaré Michael Arnold, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'UW-Madison. "Les largeurs peuvent être très, très étroit et les longueurs des rubans peuvent être très longues, donc toutes les caractéristiques souhaitables que nous voulons dans les nanorubans de graphène se produisent automatiquement avec cette technique. »

Graphène, un atome d'épaisseur, feuillet bidimensionnel d'atomes de carbone, est connu pour déplacer des électrons à la vitesse de l'éclair sur sa surface sans interférence. Cette grande mobilité fait du matériau un candidat idéal pour plus de rapidité, électronique plus économe en énergie.

Cependant, l'industrie des semi-conducteurs veut faire démarrer et arrêter les électrons à volonté via des bandes interdites, comme ils le font dans les puces informatiques. En tant que semi-métal, le graphène n'a naturellement pas de bandes interdites, ce qui en fait un défi pour l'adoption généralisée de l'industrie. Jusqu'à maintenant.

Pour confirmer ces constatations, Les chercheurs de l'UW se sont rendus aux scientifiques du personnel d'Argonne, Brian Kiraly et Nathan Guisinger du Center for Nanoscale Materials, une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science située à Argonne.

"Nous avons des capacités tout à fait uniques ici au Center for Nanoscale Materials, " a déclaré Guisinger. " Non seulement nos installations sont conçues pour travailler avec toutes sortes de matériaux, des métaux aux oxydes, on peut aussi caractériser, cultiver et synthétiser des matériaux."

En utilisant la microscopie à effet tunnel, une technique utilisant des électrons (au lieu de la lumière ou des yeux) pour voir les caractéristiques d'un échantillon, les chercheurs ont confirmé la présence de nanorubans de graphène poussant sur le germanium. Les données recueillies à partir des signatures électroniques ont permis aux chercheurs de créer des images des dimensions et de l'orientation du matériau. En outre, ils ont pu déterminer sa structure de bande et l'étendue de la dispersion des électrons dans le matériau.

"Nous examinons les propriétés physiques fondamentales pour vérifier que c'est, En réalité, graphène et il montre des propriétés électroniques caractéristiques, " a déclaré Kiraly. " Ce qui est encore plus intéressant, c'est que ces nanorubans peuvent être amenés à croître dans certaines directions sur un côté du cristal de germanium, mais pas les deux autres côtés."

Pour une utilisation dans les appareils électroniques, l'industrie des semi-conducteurs s'intéresse principalement aux trois faces d'un cristal de germanium. Représenter ces visages en termes de coordonnées (X, Oui, Z), où des atomes simples se connectent les uns aux autres dans une structure de grille en forme de diamant, chaque face d'un cristal (1, 1, 1) auront des axes qui diffèrent de un (1, 1, 0) à l'autre (1, 0, 0).

Des recherches antérieures montrent que des feuilles de graphène peuvent se développer sur des faces cristallines de germanium (1, 1, 1) et (1, 1, 0). Cependant, c'est la première fois qu'une étude enregistre la croissance de nanorubans de graphène sur le (1, 0, 0) visage.

Alors que leurs investigations se poursuivent, les chercheurs peuvent maintenant concentrer leurs efforts sur exactement pourquoi les nanorubans de graphène autodirigés se développent sur le (1, 0, 0) faire face et déterminer s'il existe une interaction unique entre le germanium et le graphène qui peut jouer un rôle.