Caratterizzato per la prima volta nel 2004, il grafene è un materiale bidimensionale con proprietà straordinarie. Lo spessore di un solo atomo di carbonio, e centinaia di volte più veloce nel condurre calore e carica rispetto al silicio, Si prevede che il grafene rivoluzionerà i transistor ad alta velocità nel prossimo futuro.

Le proprietà elettroniche e magnetiche esotiche del grafene possono essere adattate tagliando grandi fogli di materiale fino a nastri di lunghezze e configurazioni dei bordi specifiche:gli scienziati hanno teorizzato che i nanonastri con bordi a zigzag sono i più magnetici, rendendoli adatti per applicazioni di spintronica. (Dispositivi spintronici, a differenza dell'elettronica convenzionale, usano gli spin degli elettroni piuttosto che la loro carica.)

Ma questo approccio di fabbricazione "top-down" non è ancora pratico, perché le attuali tecniche litografiche per la confezione dei nastri producono sempre dei difetti.

Ora, scienziati dell'UCLA e della Tohoku University hanno scoperto un nuovo metodo di autoassemblaggio per produrre nanonastri di grafene privi di difetti con regioni periodiche a zigzag. In questa tecnica "dal basso verso l'alto", i ricercatori utilizzano le proprietà uniche di un substrato di rame per cambiare il modo in cui le molecole precursori reagiscono l'una all'altra mentre si assemblano in nanonastri di grafene. Ciò consente agli scienziati di controllare la lunghezza dei nanonastri, configurazione dei bordi e posizione sul substrato.

Questo nuovo metodo di fabbricazione del grafene mediante autoassemblaggio è un trampolino di lancio verso la produzione di dispositivi di grafene autoassemblati che miglioreranno notevolmente le prestazioni dei circuiti di memorizzazione dei dati, batterie ed elettronica.

Paul Weiss, illustre professore di chimica e biochimica e membro del California NanoSystems Institute dell'UCLA, sviluppato il metodo per produrre i nanonastri con Patrick Han e Taro Hitosugi, professori presso l'Istituto avanzato di ricerca sui materiali presso l'Università di Tohoku a Sendai, Giappone, di cui Weiss è anche membro. Lo studio è stato pubblicato di recente sulla rivista ACS Nano .

"Per realizzare dispositivi con il grafene, dobbiamo controllare le sue strutture geometriche ed elettroniche, "Ha detto Weiss. "Fare i bordi a zigzag fa entrambe le cose contemporaneamente, poiché ci sono alcune proprietà speciali dei nanonastri di grafene con bordi a zigzag. Averle in mano ci consentirà di testare le previsioni teoriche su di esse, come le proprietà magnetiche."

Sono stati tentati altri metodi dal basso verso l'alto per fabbricare il grafene, ma hanno prodotto fasci di nastri che devono essere successivamente isolati e posizionati per l'utilizzo nei dispositivi.

"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, "Ha detto Han. "Ma questo significa anche che il modo in cui queste molecole si assemblano è completamente determinato dalle forze intermolecolari e dalla chimica molecolare. Il nostro metodo apre la possibilità di dispositivi monografene autoassemblanti nelle posizioni desiderate, a causa della lunghezza e del controllo della direzione."