(Phys.org)—Circuiti integrati, che sono in tutto, dalle caffettiere ai computer e sono modellati da silicio perfettamente cristallino, sono piuttosto sottili, ma i ricercatori della Cornell pensano di poter spingere i confini del film sottile al livello del singolo atomo.

I loro materiali preferiti sono il grafene, fogli dello spessore di un singolo atomo di atomi di carbonio ripetuti, e nitruro di boro esagonale, fogli altrettanto sottili di atomi ripetuti di boro e azoto. I ricercatori guidati da Jiwoong Park, professore assistente di chimica e biologia chimica, hanno inventato un modo per modellare film di singoli atomi di grafene e nitruro di boro, un isolante, senza l'uso di un substrato di silicio. Il lavoro è dettagliato in un articolo sulla rivista Nature, pubblicato online il 30 agosto.

La tecnica, che chiamano ricrescita modellata, potrebbe portare a senza substrato, circuiti atomicamente sottili, così sottili, potevano galleggiare sull'acqua o nell'aria, ma con resistenza alla trazione e prestazioni elettriche di prim'ordine.

"Sappiamo come far crescere il grafene in film dello spessore di un singolo atomo, e sappiamo come coltivare il nitruro di boro, " disse Park. "Ma possiamo metterli insieme fianco a fianco? E quando li metti insieme, cosa succede ai loro incroci?"

Come risulta, ricrescita modellata dai ricercatori, che sfrutta la stessa tecnologia di fotolitografia di base utilizzata nella lavorazione dei wafer di silicio, permette al grafene e al nitruro di boro di crescere perfettamente in piano, pellicole strutturalmente lisce, senza pieghe o urti, come una sciarpa ben lavorata, che, se abbinato alla finale, ancora da realizzare fase di introduzione di un materiale semiconduttore, potrebbe portare al primo circuito integrato atomicamente sottile.

Semplice è davvero bello, soprattutto nel caso di film sottili, perché la fotolitografia è una tecnica consolidata che costituisce la base per realizzare circuiti integrati mediante la posa di materiali, uno strato alla volta, su silicone piatto.

La ricrescita modellata è un po' come lo stencil, Parco ha detto. Lui e i suoi colleghi hanno prima coltivato il grafene su rame e hanno usato la fotolitografia per esporre il grafene su aree selezionate, a seconda del modello desiderato. Hanno riempito quella superficie di rame esposta con nitruro di boro, l'isolante, che cresce sul rame e "riempie molto bene le lacune".

"Alla fine, forma un panno molto bello che togli appena, " ha detto Parco.

Il gruppo di ricerca, che include David A. Muller, professore di fisica applicata e ingegneria, sta lavorando per determinare quale materiale funzionerebbe meglio con i film sottili di nitruro di grafene-boro per creare lo strato semiconduttore finale che potrebbe trasformare i film in dispositivi reali.

Il team è stato aiutato dall'essere già esperto nella produzione di grafene, ancora relativamente nuovo nel mondo dei materiali, nonché dall'esperienza di Muller nella caratterizzazione della microscopia elettronica su scala nanometrica. Muller ha aiutato il team a confermare che le giunzioni laterali dei due materiali erano, infatti, liscio e ben collegato.

I co-primi autori del documento erano lo studente laureato in chimica Mark Levendorf e l'associato post-dottorato Cheol-Joo Kim, che ha fabbricato i campioni di grafene e nitruro di boro e ha anche eseguito la ricrescita modellata presso la Cornell NanoScale Science and Technology Facility.

Il lavoro è stato sostenuto principalmente dall'Air Force Office of Scientific Research, e la National Science Foundation attraverso il Cornell Center for Materials Research.