Ora è possibile realizzare un materiale pregiato per dispositivi spintronici e semiconduttori:nanonastri di grafene monostrato con bordi a zigzag.

I minuscoli nastri di grafene sono elementi costitutivi molto ricercati per i dispositivi a semiconduttore a causa delle loro proprietà elettroniche previste. Ma realizzare queste nanostrutture è rimasta una sfida. Ora, un team di ricercatori cinesi e giapponesi ha ideato un nuovo metodo per realizzare le strutture in laboratorio. I loro risultati appaiono nell'attuale numero di Lettere di fisica applicata .

"Molti studi hanno previsto le proprietà dei nanonastri di grafene con bordi a zigzag, " disse Guangyu Zhang, autore senior dello studio. "Ma negli esperimenti è molto difficile realizzare questo materiale".

In precedenza, i ricercatori hanno provato a creare nanonastri di grafene posizionando fogli di grafene su uno strato di silice e utilizzando idrogeno atomico per incidere strisce con bordi a zigzag, un processo noto come attacco anisotropo. Questi bordi sono cruciali per modulare le proprietà del nanonastro.

Ma questo metodo ha funzionato bene solo per creare nastri con due o più strati di grafene. Le irregolarità nella silice create da picchi e valli elettronici ne irruvidiscono la superficie, quindi creare precisi bordi a zigzag su monostrati di grafene è stata una sfida. Zhang e i suoi colleghi dell'Accademia cinese delle scienze, Laboratorio chiave di Pechino per nanomateriali e nanodispositivi, e il Collaborative Innovation Center of Quantum Matter hanno collaborato con i collaboratori giapponesi dell'Istituto nazionale per la scienza dei materiali per risolvere il problema.

Hanno sostituito la silice sottostante con nitruro di boro, un materiale cristallino che è chimicamente lento e ha una superficie liscia priva di urti e buchi elettronici. Utilizzando questo substrato e la tecnica di attacco anisotropo, il gruppo ha realizzato con successo nanonastri di grafene che erano spessi solo uno strato, e aveva bordi a zigzag ben definiti.

"Questa è la prima volta che vediamo che il grafene su una superficie di nitruro di boro può essere fabbricato in un modo così controllabile, " ha spiegato Zhang.

I nanonastri dai bordi a zigzag hanno mostrato un'elevata mobilità degli elettroni nell'intervallo di 2000 cm2/Vs anche a larghezze inferiori a 10 nm, il valore più alto mai riportato per queste strutture, e hanno creato gap di banda energetica ristretti, il che li rende materiali promettenti per dispositivi spintronici e nanoelettronici.

"Quando si riduce la larghezza dei nanonastri, la mobilità diminuisce drasticamente a causa di difetti del bordo, " ha detto Zhang. "Utilizzando tecniche di fabbricazione di litografia standard, gli studi hanno visto una mobilità di 100 cm2/Vs o anche inferiore, ma il nostro materiale supera ancora i 2000 cm2/Vs anche su scala inferiore ai 10 nanometri, dimostrando che questi nanonastri sono di altissima qualità."

Negli studi futuri, estendere questo metodo ad altri tipi di substrati potrebbe consentire la rapida elaborazione su larga scala di monostrati di grafene per realizzare nanonastri di alta qualità con bordi a zigzag.