Des feuilles bidimensionnelles de graphène sous forme de rubans de quelques dizaines de nanomètres de diamètre ont des propriétés uniques très intéressantes pour une utilisation dans l'électronique du futur. Les chercheurs ont maintenant pour la première fois entièrement caractérisé les nanorubans cultivés dans les deux configurations possibles sur la même plaquette avec une voie claire vers l'augmentation de la production.

Le graphène sous forme de nanorubans montre ce qu'on appelle le transport balistique, ce qui signifie que le matériau ne chauffe pas lorsqu'un courant le traverse. Cela ouvre une voie intéressante vers la grande vitesse, nanoélectronique de faible puissance. La forme nanoruban peut également permettre au graphène de se comporter davantage comme un semi-conducteur, qui est le type de matériau que l'on trouve dans les transistors et les diodes. Les propriétés des nanorubans de graphène sont étroitement liées à la structure précise des bords du ruban. Aussi, la symétrie de la structure du graphène laisse les bords prendre deux configurations différentes, soi-disant zigzag et fauteuil, en fonction de la direction du bord court respectif long du ruban.

Les nanorubans ont été cultivés sur un gabarit en carbure de silicium dans des conditions bien contrôlées et soigneusement caractérisés par une équipe de recherche du laboratoire MAX IV, Techniche Universität Chemnitz, Leibniz Universität Hanovre, et l'Université de Linköping. Le modèle comporte des crêtes s'étendant dans deux directions cristallographiques différentes pour laisser se former à la fois les variétés en fauteuil et en zigzag de nanorubans de graphène. Le résultat est une croissance prévisible de nanorubans de graphène de haute qualité qui ont une homogénéité sur une échelle millimétrique et une structure de bord bien contrôlée.

L'une des nouvelles découvertes est que les chercheurs ont pu montrer un transport balistique dans la majeure partie du nanoruban. "Cela a été possible grâce à quatre expériences de sonde extrêmement difficiles réalisées à une échelle de longueur inférieure à 100 nm par le groupe de Chemnitz, " dit Alexeï Zakharov, l'un des auteurs.

La caractérisation électrique montre également que la résistance est plusieurs fois plus élevée dans la configuration dite en fauteuil du ruban, par opposition à la forme en zigzag de résistance inférieure obtenue. Cela laisse présager une possible ouverture de bande interdite dans les nanorubans du fauteuil, les rendant semi-conducteurs. Le processus utilisé pour préparer le modèle pour la croissance de nanoruban est facilement évolutif. Cela signifie que cela fonctionnerait bien pour le développement de la production à grande échelle de nanorubans de graphène nécessaires pour en faire un bon candidat pour un futur matériau dans l'industrie électronique.

"Jusque là, nous avons examiné des nanorubans de 30 à 40 nanomètres de large. Il est difficile de fabriquer des nanorubans de 10 nanomètres ou moins, mais ils auraient des propriétés électriques très intéressantes, et il y a un plan pour le faire. Ensuite, nous les étudierons également à la ligne de lumière MAXPEEM, " dit Zakharov.

Les mesures effectuées sur la ligne de lumière MAXPEEM ont été réalisées avec une technique ne nécessitant pas de rayons X. La ligne de lumière entrera dans sa phase de mise en service ce printemps et commencera à accueillir des utilisateurs cette année.