Gli scienziati della Rice University hanno compiuto un passo importante verso la creazione di elettronica bidimensionale con un processo per creare modelli in strati dello spessore di un atomo che combinano un conduttore e un isolante.

I materiali in gioco – grafene e nitruro di boro esagonale – sono stati fusi in fogli e costruiti in una varietà di modelli a dimensioni nanometriche.

Rice ha introdotto una tecnica per cucire insieme i materiali strutturati in modo identico quasi tre anni fa. Da allora, l'idea ha ricevuto molta attenzione da parte di ricercatori interessati alla prospettiva di costruire 2-D, circuiti a strato atomico, ha detto lo scienziato dei materiali di riso Pulickel Ajayan. È uno degli autori del nuovo lavoro che appare questa settimana in Nanotecnologia della natura . In particolare, Ajayan ha osservato che gli scienziati della Cornell University hanno riportato un progresso alla fine dello scorso anno sull'arte di creare eterostrutture a strati atomici attraverso schemi di crescita sequenziale.

Il contributo di questa settimana di Rice offre ai produttori la possibilità di ridurre i dispositivi elettronici in confezioni ancora più piccole. Mentre le capacità tecniche di Rice hanno limitato le funzionalità a una risoluzione di circa 100 nanometri, gli unici veri limiti sono quelli definiti dalle moderne tecniche litografiche, secondo i ricercatori. (Un nanometro è un miliardesimo di metro.)

"Dovrebbe essere possibile realizzare dispositivi perfettamente funzionanti con circuiti 30, anche 20 nanometri di larghezza, tutto in due dimensioni, " ha detto il ricercatore di riso Jun Lou, coautore del nuovo articolo. Ciò renderebbe i circuiti all'incirca della stessa scala dell'attuale fabbricazione di semiconduttori, Egli ha detto.

Il grafene è stato pubblicizzato come un materiale meraviglioso sin dalla sua scoperta nell'ultimo decennio. Anche a un atomo di spessore, la matrice esagonale di atomi di carbonio ha dimostrato il suo potenziale come affascinante materiale elettronico. Ma per costruire un dispositivo funzionante, i conduttori da soli non bastano. L'elettronica a base di grafene richiede simili, materiali 2-D compatibili per altri componenti, e i ricercatori hanno scoperto che il nitruro di boro esagonale (h-BN) funziona bene come isolante.

H-BN sembra grafene, con lo stesso array atomico a filo di pollo. Il lavoro precedente alla Rice ha mostrato che la fusione di grafene e h-BN tramite deposizione chimica da vapore (CVD) ha creato fogli con pool dei due che hanno consentito un certo controllo delle proprietà elettroniche del materiale. Ajayan disse all'epoca che la creazione offriva "un grande parco giochi per gli scienziati dei materiali".

Da allora ha concluso che l'area dei materiali bidimensionali oltre il grafene "è cresciuta in modo significativo e si rivelerà uno dei materiali chiave interessanti nel prossimo futuro".

La sua predizione porta frutto nella nuova opera, in cui modelli finemente dettagliati di grafene sono allacciati in spazi creati in fogli di h-BN. pettini, barre, anelli concentrici e persino microscopici Gufi di Riso sono stati posati attraverso un processo litografico. L'interfaccia tra gli elementi, visto chiaramente nelle immagini al microscopio elettronico a trasmissione di scansione scattate agli Oak Ridge National Laboratories, mostra una transizione nitidissima dal grafene all'h-BN lungo una linea subnanometrica.

"Questa non è una semplice trapunta, Lou ha detto. "E 'molto preciso progettato. Possiamo controllare le dimensioni del dominio e le forme del dominio, entrambi necessari per realizzare dispositivi elettronici."

La nuova tecnica è iniziata anche con CVD. L'autore principale Zheng Liu, uno scienziato ricercatore di riso, e i suoi colleghi hanno prima steso un foglio di h-BN. Maschere fotoresistenti tagliate al laser sono state posizionate sopra l'h-BN, e il materiale esposto è stato inciso con gas argon. (Un sistema a fascio di ioni focalizzato è stato successivamente utilizzato per creare modelli ancora più fini, fino a 100 nanometri di risoluzione, senza maschere.) Dopo che le maschere sono state lavate via, il grafene è stato coltivato tramite CVD negli spazi aperti, dove si è unito da bordo a bordo con l'h-BN. Lo strato ibrido potrebbe quindi essere prelevato e posizionato su qualsiasi substrato.

Mentre c'è molto lavoro da fare per caratterizzare i legami atomici in cui si incontrano i domini di grafene e h-BN e per analizzare potenziali difetti lungo i confini, Le misurazioni elettriche di Liu hanno dimostrato che le qualità dei componenti rimangono intatte.

"Una cosa importante che Zheng ha mostrato è che anche facendo tutti i tipi di crescita, poi incisione, poi ricrescita, le proprietà intrinseche di questi due materiali non vengono alterate, "Lou ha detto. "Gli isolanti rimangono isolanti; non sono drogati dal carbonio. E il grafene sembra ancora molto buono. È importante, perché vogliamo essere sicuri che ciò che stiamo coltivando sia esattamente ciò che vogliamo".

Liu ha detto che il prossimo passo è posizionare un terzo elemento, un semiconduttore, nel tessuto 2-D. "Stiamo cercando di integrarlo nella piattaforma, " ha detto. "Se possiamo farlo, possiamo costruire dispositivi in-plane veramente integrati." Ciò darebbe nuove opzioni ai produttori che giocano con l'idea di un'elettronica flessibile, Egli ha detto.

"Il contributo di questo documento è quello di dimostrare il processo generale, " aggiunse Lou. "È robusto, è ripetibile e crea materiali con proprietà molto belle e con dimensioni che sono al limite del possibile."