I ricercatori dell'Università di Aalto sono riusciti a realizzare sperimentalmente nanonastri metallici di grafene (GNR) larghi solo 5 atomi di carbonio. Nel loro articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , il team di ricerca ha dimostrato la fabbricazione dei GNR e ha misurato la loro struttura elettronica. I risultati suggeriscono che questi nastri estremamente stretti e spessi un atomo potrebbero essere utilizzati come interconnessioni metalliche nei futuri microprocessori.

I nanonastri di grafene sono stati suggeriti come fili ideali per l'uso nella futura nanoelettronica:quando la dimensione del filo è ridotta alla scala atomica, si prevede che il grafene superi il rame in termini di conduttanza e resistenza all'elettromigrazione, che è il tipico meccanismo di rottura nei fili metallici sottili. Però, tutti i nanonastri di grafene dimostrati sono semiconduttori, che ne ostacola l'uso come interconnessioni. Diretto dal Prof. Peter Liljeroth, i ricercatori dei gruppi Atomic Scale Physics e Surface Science hanno ora dimostrato sperimentalmente che alcune larghezze di nanonastri di grafene atomicamente precise sono quasi metalliche, secondo le previsioni precedenti basate su calcoli teorici.

Il team ha utilizzato la microscopia a effetto tunnel a scansione (STM) all'avanguardia che consente loro di sondare la struttura e le proprietà del materiale con risoluzione atomica. "Con questa tecnica, abbiamo misurato le proprietà dei singoli nastri e mostrato che i nastri più lunghi di 5 nanometri mostrano un comportamento metallico, "dice la dottoressa Amina Kimouche, l'autore principale dello studio.

La fabbricazione del nanonastro si basa su una reazione chimica su una superficie. "La cosa bella della procedura di fabbricazione è che la molecola precursore determina esattamente la larghezza del nastro. Se vuoi nastri larghi un atomo di carbonio, devi semplicemente scegliere una molecola diversa, " spiega il dottor Pekka Joensuu, che ha curato la sintesi delle molecole precursori per i nastri.

I risultati sperimentali sono stati integrati da calcoli teorici da parte del gruppo Quantum Many-Body Physics guidato dal dottor Ari Harju. La teoria prevede che quando la larghezza dei nastri viene aumentata atomo per atomo, una larghezza su tre dovrebbe essere (quasi) metallica con una banda proibita molto piccola. "Secondo la meccanica quantistica, normalmente quando rimpicciolisci il tuo sistema, aumenta il band gap. Il grafene può funzionare diversamente grazie alle sue straordinarie proprietà elettroniche, " dice il dottorando di Harju Mikko Ervasti, che ha eseguito i calcoli.

Questi risultati aprono la strada all'utilizzo del grafene nei futuri dispositivi elettronici, dove questi nastri ultrasottili potrebbero sostituire il rame come materiale di interconnessione. Gli studi futuri si concentreranno su dispositivi interamente in grafene che combinano nanostrutture di grafene sia metalliche che semiconduttrici. "Mentre siamo lontani dalle applicazioni reali, è un concetto estremamente eccitante costruire dispositivi utili da queste minuscole strutture e realizzare circuiti di grafene con giunzioni controllate tra GNR, "dice Liljeroth.