Des chercheurs de l'Université Aalto ont réussi à réaliser expérimentalement des nanorubans de graphène métallique (GNR) qui ne font que 5 atomes de carbone de large. Dans leur article publié dans Communication Nature , l'équipe de recherche a démontré la fabrication des GNR et mesuré leur structure électronique. Les résultats suggèrent que ces rubans extrêmement étroits et d'une épaisseur d'un seul atome pourraient être utilisés comme interconnexions métalliques dans les futurs microprocesseurs.

Les nanorubans de graphène ont été suggérés comme fils idéaux pour une utilisation dans la future nanoélectronique :lorsque la taille du fil est réduite à l'échelle atomique, le graphène devrait surpasser le cuivre en termes de conductance et de résistance à l'électromigration, qui est le mécanisme de rupture typique dans les fils métalliques minces. Cependant, tous les nanorubans de graphène démontrés sont semi-conducteurs, ce qui entrave leur utilisation comme interconnexions. Dirigé par le professeur Peter Liljeroth, des chercheurs des groupes de physique à l'échelle atomique et de science des surfaces ont maintenant montré expérimentalement que certaines largeurs de nanoruban de graphène atomiquement précises sont presque métalliques, conformément aux prédictions antérieures basées sur des calculs théoriques.

L'équipe a utilisé la microscopie à effet tunnel (STM) de pointe qui leur permet de sonder la structure et les propriétés du matériau avec une résolution atomique. « Avec cette technique, nous avons mesuré les propriétés de rubans individuels et montré que les rubans de plus de 5 nanomètres présentent un comportement métallique, " dit le Dr Amina Kimouche, l'auteur principal de l'étude.

La fabrication de nanoruban est basée sur une réaction chimique sur une surface. "Ce qui est bien avec la procédure de fabrication, c'est que la molécule précurseur détermine exactement la largeur du ruban. Si vous voulez des rubans d'un atome de carbone, il suffit de choisir une molécule différente, " explique le Dr Pekka Joensuu, qui a supervisé la synthèse des molécules précurseurs des rubans.

Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs théoriques du groupe de physique quantique à corps multiples dirigé par le Dr Ari Harju. La théorie prédit que lorsque la largeur des rubans augmente atome par atome, une largeur sur trois doit être (presque) métallique avec une très petite bande interdite. « Selon la mécanique quantique, normalement lorsque vous réduisez votre système, cela augmente la bande interdite. Le graphène peut fonctionner différemment en raison de ses propriétés électroniques extraordinaires, " dit Mikko Ervasti, doctorant de Harju, qui a effectué les calculs.

Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation du graphène dans les futurs appareils électroniques, où ces rubans ultra-étroits pourraient remplacer le cuivre comme matériau d'interconnexion. Les études futures se concentreront sur des dispositifs tout en graphène combinant à la fois des nanostructures métalliques et semi-conductrices de graphène. "Alors que nous sommes loin des applications réelles, c'est un concept extrêmement excitant de construire des dispositifs utiles à partir de ces structures minuscules et de réaliser des circuits de graphène avec des jonctions contrôlées entre les GNR, " dit Liljeroth.