Immagini scattate da un microscopio elettronico a trasmissione a scansione (STEM) di inchiostro elettronico su carta grafene, mostrando la lettera “N” e il simbolo “Ʌ”. Credito:Wei Zhang, et al. ©2013 IOP Publishing Ltd.
(Phys.org) —La scrittura su nanoscala offre un modo affidabile per registrare informazioni a densità estremamente elevate, rendendolo uno strumento promettente per modellare nanostrutture per una varietà di applicazioni elettroniche. In un recente studio, gli scienziati hanno dimostrato un modo semplice ma efficace per scrivere e disegnare su scala nanometrica utilizzando un fascio di elettroni per rompere selettivamente gli atomi di carbonio nel grafene a strato singolo.
I ricercatori, Wei Zhang e Luise Theil Kuhn presso l'Università tecnica della Danimarca a Roskilde, Danimarca; e Qiang Zhang e Meng-Qiang Zhao alla Tsinghua University di Pechino, Cina, hanno pubblicato il loro studio sull'uso dell'inchiostro elettronico per scrivere su carta al grafene in un recente numero di Nanotecnologia .
"La capacità di registrare le informazioni è stata direttamente correlata con il processo della civiltà umana fin dai tempi antichi, " Wei Zhang ha detto Phys.org . "Carta e inchiostro sono i due fattori essenziali per registrare la storia. Attualmente, la comunicazione delle informazioni ha proceduto su una scala senza precedenti."
scrittura su nanoscala, che è essenzialmente la manipolazione della materia su scala nanometrica, è già stato ampiamente esplorato. I metodi attuali possono essere classificati in due gruppi:litografia (top down), che imprime un motivo prefabbricato su un supporto, ma ha una risoluzione limitata; e autoassemblaggio (dal basso verso l'alto), che manipola atomi o molecole individualmente, ma affronta le sfide con la controllabilità.
qui, i ricercatori hanno proposto un metodo combinato basato su entrambi i tipi di metodi per superare le difficoltà di ciascuno, che hanno dimostrato sulla "carta più sottile del mondo":il grafene.
"L'ascesa del grafene richiede ampia attenzione, " Qiang Zhang ha detto. "Una caratteristica distinta è la sua piattezza, che offre l'opportunità perfetta per essere considerata la carta più sottile. Per scrivere direttamente su questa carta sottile per eccellenza, l'inchiostro adatto deve essere trovato. Alla piccola scala, tipicamente su scala nanometrica, il candidato all'inchiostro deve soddisfare la qualifica sia come scrittura ad alta risoluzione che come funzione di visualizzazione. Perciò, gli elettroni ad alta energia in un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) sono la scelta migliore. Il fascio di elettroni può essere manipolato come inchiostro per la scrittura diretta, ma è di per sé invisibile."
Quando un fascio di elettroni (verde) scrive su carta di grafene, alcuni degli atomi di carbonio nel grafene vengono espulsi, e gli atomi di carbonio esterni vengono depositati sui legami penzolanti per formare una struttura irregolare che appare come "inchiostro". Credito:Wei Zhang, et al. ©2013 IOP Publishing Ltd.
Come spiegano i ricercatori, gli atomi di carbonio nel grafene sono sensibili a una varietà di effetti di irradiazione. Qui, un fascio di elettroni da 300 keV è stato utilizzato per rompere i legami carbonio-carbonio locali nel grafene a strato singolo. Quando i legami si rompono, gli atomi di carbonio vengono espulsi, risultando in legami penzolanti che sono liberi di attrarre nuove specie di carbonio dal vuoto e sulla superficie del grafene. Queste nuove specie di carbonio amorfo vengono assorbite sui legami penzolanti per stabilizzare il bordo, formandosi solo lungo la direzione di scansione del fascio di elettroni.
"Il nostro lavoro dimostra la fattibilità di scrivere modelli direttamente sul materiale più sottile, grafene, in uno stile controllabile di posizione e dimensione attraverso la manipolazione di elettroni, "Ha detto Wei Zhang.
Questa tecnica offre sia una buona controllabilità che un'alta risoluzione. I ricercatori hanno dimostrato una dimensione del carattere (definita dalla larghezza delle linee) a partire da 2-3 nm. Inoltre, il grafene ha conservato la sua morfologia dopo il processo di scrittura. Con questi vantaggi, i ricercatori sperano che la nuova tecnica di scrittura su scala nanometrica si dimostri utile per la futura scrittura su scala nanometrica e applicazioni nanoelettroniche, come i circuiti emergenti in grafene su microscala.
Nel futuro, se sono disponibili ulteriori finanziamenti, i ricercatori sperano di migliorare la risoluzione e l'efficienza di questa tecnica di scrittura su nanoscala.
"La scrittura più complessa può essere ottenuta combinando la progettazione di forme predefinite nel software, " Ha detto Qiang Zhang. "Un obiettivo finale è quello di raggiungere la scrittura su scala atomica in modo facile e preciso per la progettazione di circuiti elettronici".
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