Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Patrick Han e dal Prof. Taro Hitosugi presso l'Advanced Institute of Materials Research (AIMR), La Tohoku University ha scoperto un nuovo metodo di fabbricazione dal basso verso l'alto che produce nanonastri di grafene (GNR) privi di difetti con regioni periodiche a zigzag. Questo metodo, che controlla la direzione di crescita del GNR e la distribuzione della lunghezza, è un trampolino di lancio verso la futura fabbricazione di dispositivi in ​​grafene mediante autoassemblaggio.

Grafene, con la sua bassa dimensionalità, elevata stabilità, molta forza, e un'elevata mobilità dei portatori di carica, promette di essere un materiale rivoluzionario per realizzare transistor ad alta velocità di prossima generazione. Inoltre, si prevede che le proprietà del grafene siano direttamente controllabili dalla sua struttura. Per esempio, lavori recenti hanno dimostrato che il bandgap dei GNR a poltrona è controllato dalla larghezza del nastro. Però, le capacità di adattamento delle proprietà di altre conformazioni del bordo (ad es. la teoria prevede che il bordo a zigzag abbia proprietà magnetiche) non sono stati testati, perché la loro fabbricazione priva di difetti rimane una sfida importante.

"Le strategie precedenti negli assemblaggi molecolari dal basso verso l'alto utilizzavano substrati inerti, come oro o argento, per dare alle molecole molta libertà di diffondersi e reagire in superficie, " dice Han. "Ma questo significa anche che il modo in cui queste molecole si assemblano è completamente determinato dalle forze intermolecolari e dalla chimica molecolare". non esiste una molecola che possa assemblarsi per produrre GNR a zigzag.

Per mirare al bordo a zigzag, il team AIMR ha utilizzato una superficie di rame, un substrato più reattivo dell'oro o dell'argento, per introdurre nuove interazioni substrato-molecola, oltre alle interazioni intermolecolari. Gli effetti di questa strategia sono stati dimostrati utilizzando una molecola precursore nota per formare GNR ai margini della poltrona. Sul rame, la scansione delle immagini del microscopio a effetto tunnel ha rivelato un assemblaggio molecolare completamente diverso da quello dell'oro o dell'argento, producendo GNR con regioni periodiche a zigzag. Le direzioni future includono la valutazione di altre superfici reattive per la fabbricazione di GNR dal basso verso l'alto, e la determinazione degli effetti di adattamento delle proprietà dei bordi GNR mostrati in questo lavoro.

Inoltre, la reattività superficiale del substrato di rame ha anche un profondo effetto sia sulla distribuzione della lunghezza del GNR che sulla direzione di crescita della superficie. A differenza delle assemblee precedenti, il metodo attuale produce nastri più corti, solo in sei direzioni azimutali della superficie. Queste caratteristiche potrebbero essere sfruttate per realizzare interconnessioni di grafene singolo tra strutture prefabbricate mediante autoassemblaggio.

"Assemblee a diffusione controllata, come si vede su oro e argento, produrre fasci di GNR lunghi. Questi metodi sono utili per creare array di interconnessione, ma non singole connessioni", Han dice. "Il nostro metodo apre la possibilità di assemblare singoli dispositivi di grafene nelle posizioni desiderate, a causa della lunghezza e del controllo della direzione."