La figure 1 montre des nanorubans de graphène interconnectés (GNR). Les points d'interconnexion sont observés comme des structures coudées. L'encart de (a) montre la structure chimique d'un point d'interconnexion coudé de deux GNR à bord chiral. Le panneau supérieur de (b) montre le topographe de microscopie à effet tunnel, mettant en évidence un seul GNR et une paire de GNR connectés (coude). Le panneau inférieur de (b) montre la densité locale d'états (LDOS) de ces deux structures partagent la même architecture électronique, y compris le point d'interconnexion du coude. Cela indique que les propriétés électroniques, telles que les conductivités électronique et thermique, doit être comparable entre les terminus 1-2 et les terminus 3-4. Crédit :Patrick Han
Une équipe de recherche internationale de l'Institut avancé de recherche sur les matériaux (AIMR) de l'Université de Tohoku a réussi à interconnecter chimiquement des nanorubans de graphène à bord chiral (GNR) avec des caractéristiques de bord en zigzag par assemblage moléculaire, et démontré la connexion électronique entre les GNR. Les GNR étaient interconnectés exclusivement de bout en bout, former des structures de coude, identifiés comme points d'interconnexion (Fig. 1a).
Cette configuration a permis aux chercheurs de démontrer que l'architecture électronique aux points d'interconnexion entre deux GNR (Fig. 1b) est la même que celle le long d'un seul GNR; preuve que les propriétés électroniques du GNR, comme les conductivités électronique et thermique, sont directement étendus à travers les structures du coude lors de l'interconnexion chimique GNR.
Ce travail montre que le développement futur de hautes performances, une électronique à faible consommation basée sur les GNR est possible.
On s'attend depuis longtemps à ce que le graphène révolutionne l'électronique, à condition qu'il puisse être découpé en formes atomiquement précises qui sont connectées aux électrodes souhaitées. Cependant, tandis que les méthodes de fabrication ascendantes actuelles peuvent contrôler les propriétés électroniques du graphène, comme une mobilité électronique élevée, des bandes interdites sur mesure et des bords en zigzag alignés avec des broches, l'aspect connexion des structures de graphène n'a jamais été directement exploré. Par exemple, La question de savoir si les électrons traversant les points d'interconnexion de deux GNR rencontreraient une résistance électrique plus élevée reste une question ouverte. Les réponses à ce type de questions étant cruciales pour la réalisation du futur haut débit, électronique basse consommation, nous utilisons l'assemblage moléculaire pour résoudre ce problème ici.
"Les assemblages moléculaires actuels produisent soit des GNR droits (c'est-à-dire, sans points d'interconnexion identifiables), ou GNR interconnectés de manière aléatoire, " dit le Dr Patrick Han, le chef de projet. "Ces modes de croissance ont trop d'inconnues intrinsèques pour déterminer si les électrons traversent les points d'interconnexion du graphène en douceur. La clé est de concevoir un assemblage moléculaire qui produit des GNR qui sont systématiquement interconnectés avec des points d'interconnexion clairement distinguables."
Pour atteindre cet objectif, l'équipe AIMR a utilisé un substrat Cu, dont la réactivité confine la croissance du GNR à six directions, et utilisé la microscopie à effet tunnel (STM) pour visualiser les structures électroniques du GNR. En contrôlant la couverture moléculaire du précurseur, cet assemblage moléculaire relie les GNR de différentes directions de croissance systématiquement de bout en bout, produisant des structures de coude - identifiées comme des points d'interconnexion (Fig. 1a). À l'aide de la STM, l'équipe AIMR a révélé que la délocalisation des états GNR π* interconnectés s'étend de la même manière à travers un seul GNR droit, et à travers le point d'interconnexion de deux GNR (caractéristiques périodiques de la Fig. 1b, panneau du bas). Ce résultat indique que les propriétés électroniques du GNR, comme les conductivités électronique et thermique, doit être la même aux extrémités des GNR simples et à celle de deux GNR connectés.
« La principale découverte de ce travail est que les GNR interconnectés ne présentent pas de perturbation électronique (par exemple, localisation des électrons qui augmente la résistance aux points d'interconnexion), " dit Han. " L'interconnexion électroniquement lisse démontre que les propriétés GNR (y compris les bandes interdites sur mesure, ou même des bords en zigzag alignés en spin) peuvent être connectés à d'autres structures de graphène. Ces résultats montrent que trouver un moyen de connecter des GNR sans défaut aux électrodes souhaitées peut être la stratégie clé pour atteindre des performances élevées, électronique à faible consommation d'énergie."
