Avec littéralement l'épaisseur d'un atome de carbone et des propriétés électriques qui peuvent surpasser celles des technologies semi-conductrices standard, Les nanorubans de graphène promettent une nouvelle génération de dispositifs électroniques miniaturisés. La théorie, cependant, reste loin de la réalité, avec les nanorubans de graphène actuels en deçà de leur potentiel.

Une nouvelle étude collaborative vue dans Supports de communication par un projet du CREST, JST Japon, y compris Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. et Fujitsu Ltd., et l'Université de Tokyo rapporte le tout premier nanoruban de graphène de 17 carbones de large et confirme qu'il a la plus petite bande interdite observée à ce jour parmi les nanorubans de graphène connus préparés de manière ascendante.

Les circuits intégrés à grande échelle (LSI) qui utilisent des semi-conducteurs au silicium sont utilisés dans une large gamme de dispositifs électroniques, partout, des ordinateurs aux smartphones. Ils soutiennent en fait nos vies et presque tout le reste de nos jours. Cependant, bien que les LSI aient amélioré les performances des appareils en réduisant la taille des appareils, La miniaturisation de LSI approche de sa limite. À la fois, la demande commerciale continue de pousser les entreprises à fabriquer des smartphones plus performants dans des tailles plus petites, tandis que la pression de l'industrie exige une fabrication à grande échelle avec des équipements plus petits.

D'autres méthodes et/ou matériaux sont certainement nécessaires pour résoudre ces problèmes, dit le chef du groupe, le Dr Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

« Les semi-conducteurs en silicium nous offrent de meilleures performances dans des tailles plus petites. Cependant, nous atteignons la limite de la taille des appareils que nous pouvons fabriquer. Ainsi, nous attendons beaucoup de la performance des nanorubans de graphène, qui ont des propriétés semi-conductrices qui n'ont qu'un atome d'épaisseur - un matériau 2-D, " note-t-il.

Les nanorubans de graphène sont des structures en nid d'abeille et, par rapport au graphène et aux nanotubes de carbone, sont le membre le moins connu de la famille des semi-conducteurs à base de carbone. Les nanorubans de graphène présentent des propriétés électroniques et magnétiques uniques qui n'apparaissent pas dans le graphène bidimensionnel.

"De façon intéressante, les propriétés électroniques et magnétiques des nanorubans de graphène sont largement ajustées en fonction de la largeur et de la structure des bords », explique le professeur Hiroko Yamada du NAIST.

Nanorubans de graphène de type fauteuil, qui sont un type prometteur de nanoruban pour une application de dispositif, afficher la bande interdite en fonction de la largeur. Ils peuvent être classés en trois sous-familles (3p, 3p + 1, 3p + 2), leurs bandes interdites étant inversement proportionnelles à la largeur de ces familles. Essentiellement, les nanorubans de graphène plus larges appartenant à la sous-famille 3p + 2 ont les bandes interdites les plus petites parmi les différents nanorubans de graphène, ayant un potentiel considérable à exploiter dans des dispositifs basés sur GNR.

Jusque là, Des nanorubans de graphène à 13 fauteuils appartenant à la sous-famille 3p+1 avec une bande interdite supérieure à 1 eV ont été rapportés, mais Sato, Yamada et ses collègues montrent la synthèse d'un nanoruban de 17-graphene appartenant à la sous-famille 3p+2, qui ont des bandes interdites encore plus petites.

La synthèse de nanoruban de graphène était basée sur l'approche ascendante, appelée "synthèse en surface, " et une molécule à base de dibromobenzène a été utilisée comme précurseur pour la synthèse de nanoruban de graphène en surface.

« Il existe de nombreuses méthodes pour synthétiser des nanorubans de graphène, mais pour produire des nanorubans de graphène atomiquement précis, nous avons décidé d'utiliser l'approche ascendante. Le point important est que la structure du précurseur peut définir la structure ultime des nanorubans de graphène si nous utilisons l'approche ascendante, " explique le Dr Hironobu Hayashi de NAIST, qui a également contribué à l'étude.

Microscopie et spectroscopie à tunnel à balayage par le Dr Junichi Yamaguchi à Fujitsu. Ltd. et la microscopie à force atomique sans contact par le Dr Akitoshi Shiotari et le professeur Yoshiaki Sugimoto de l'Université de Tokyo ont confirmé la structure atomique et électronique des nanorubans de graphène de 17 fauteuils acquis. En outre, la bande interdite obtenue expérimentalement de nanorubans de graphène de 17 fauteuils s'est avérée être de 0,6 eV, et c'est la première démonstration de la synthèse de nanorubans de graphène ayant une bande interdite inférieure à 1 eV de manière contrôlée.

"Nous nous attendons à ce que ces nanorubans de graphène de 17 carbones ouvrent la voie à de nouveaux dispositifs électroniques basés sur GNR, " dit Sato.