(PhysOrg.com) -- Grafene, uno strato di un atomo di un reticolo di carbonio con una struttura a nido d'ape, ha un grande potenziale per l'uso nelle radio, computer, telefoni e altri dispositivi elettronici. Ma le applicazioni sono state ostacolate perché il grafene semimetallico, che ha un gap di banda nullo, non funziona efficacemente come un semiconduttore per amplificare o commutare segnali elettronici.

Mentre il taglio di fogli di grafene in nastri su scala nanometrica può aprire una banda proibita più ampia e migliorare la funzione, i dispositivi "nanoribbon" hanno spesso correnti di guida limitate, e dispositivi pratici richiederebbero la produzione di densi array di nanonastri ordinati, un processo che finora non è stato raggiunto o chiaramente concettualizzato.

Ma Yu Huang, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, e il suo gruppo di ricerca, in collaborazione con il professore di chimica dell'UCLA Xiangfeng Duan, potrebbe aver trovato una nuova soluzione alle sfide del grafene.

In una ricerca che sarà pubblicata nel numero di marzo di Nanotecnologia della natura (attualmente disponibile online), Il team di Huang rivela la creazione di una nuova nanostruttura di grafene chiamata grafene nanomesh, o GNM. La nuova struttura è in grado di aprire una banda proibita in un grande foglio di grafene per creare un tessuto altamente uniforme, film sottile semiconduttore continuo che può essere lavorato utilizzando metodi di lavorazione a semiconduttore planare standard.

"Le nanomaglie vengono preparate perforando una matrice ad alta densità di fori su scala nanometrica in uno o più strati di grafene utilizzando un film sottile di copolimero a blocchi autoassemblato come modello della maschera, " disse Huang.

La nanomesh può avere periodicità variabili, definita come la distanza tra i centri di due nanofori vicini. larghezze del collo, la distanza più breve tra i bordi di due fori vicini, può essere a partire da 5 nanometri.

Questa capacità di controllare la periodicità della nanomaglia e la larghezza del collo è molto importante per il controllo delle proprietà elettroniche poiché le proprietà di trasporto di carica dipendono fortemente dalla larghezza e dal numero di percorsi critici di corrente.

Utilizzando tale nanomesh come il canale semiconduttore, Huang e il suo team hanno dimostrato transistor a temperatura ambiente in grado di supportare correnti quasi 100 volte maggiori rispetto ai singoli dispositivi a nanonastro di grafene, ma con un rapporto on-off comparabile. Il rapporto on-off è il rapporto tra le correnti quando un dispositivo viene acceso o spento. Questo di solito rivela l'efficacia con cui un transistor può essere spento e acceso.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il rapporto on-off può essere regolato variando la larghezza del collo.

"I GNM possono affrontare molte delle sfide critiche che devono affrontare il grafene, oltre a bypassare i problemi di montaggio più impegnativi, " ha detto Huang. "In concomitanza con i recenti progressi nella crescita del grafene su un substrato di vasta area, questo concetto ha il potenziale per consentire un'uniforme, film sottile di nanomesh semiconduttore continuo che può essere utilizzato per fabbricare dispositivi e circuiti integrati con le dimensioni del dispositivo e la corrente di pilotaggio desiderate.

"Il concetto del GNM indica quindi un chiaro percorso verso l'applicazione pratica del grafene come materiale semiconduttore per l'elettronica futura. Le caratteristiche strutturali ed elettroniche uniche dei GNM possono anche aprire interessanti opportunità in biosensori altamente sensibili e una nuova generazione di spintronica , dal rilevamento magnetico all'archiviazione, " lei disse.