Rappresentazione artistica del posizionamento assistito da campo elettrico di materiali su scala nanometrica tra coppie di elettrodi di grafene opposti strutturati in un grande strato di grafene situato sopra un substrato solido. Punti quantici (rosso), nanotubi di carbonio (grigio), e nanosheet di bisolfuro di molibdeno (bianco/grigio) sono mostrati come 0D rappresentativi, 1D, e nanomateriali 2D che possono essere assemblati su larga scala basati sul grafene, metodo di posizionamento assistito da campo elettrico. Credito:IBM
I nanomateriali offrono proprietà ottiche ed elettriche uniche e un'integrazione dal basso verso l'alto all'interno dei processi di produzione dei semiconduttori industriali. Però, presentano anche uno dei problemi di ricerca più impegnativi. In sostanza, La produzione di semiconduttori oggi non dispone di metodi per depositare nanomateriali in posizioni predefinite dei chip senza contaminazione chimica. Pensiamo che il grafene, uno dei più sottili, il più forte, i materiali più flessibili e conduttivi del pianeta, potrebbe aiutare a risolvere questa sfida di produzione.
La nostra squadra, il gruppo Industrial Technology and Science in IBM Research-Brasile, è incentrato sulla costruzione, applicazione, e l'adozione di nanomateriali (che sono un milionesimo di millimetro di dimensione) per applicazioni industriali su larga scala. Fino a circa 30 anni fa, non era possibile vedere e manipolare singoli atomi e molecole. Con lo sviluppo di nuove tecniche, possiamo iniziare a sperimentare e teorizzare l'impatto del comportamento di un materiale su scala nanometrica.
Nel nostro nuovo giornale, "Posizionamento di nanomateriali abilitato e diretto al grafene dalla soluzione per l'integrazione di dispositivi su larga scala", pubblicato in Comunicazioni sulla natura , noi e i nostri partner di collaborazione accademica abbiamo dimostrato per la prima volta che è possibile elettrificare il grafene in modo che depositi materiale in qualsiasi posizione desiderata su una superficie solida con un'affluenza quasi perfetta del 97%. L'utilizzo del grafene in questo modo consente l'integrazione di nanomateriali su scala wafer e con precisione nanometrica.
Non solo è possibile depositare il materiale in uno specifico, posizione su scala nanometrica, abbiamo anche riferito che questo può essere fatto in parallelo, in più siti di deposito, il che significa che è possibile integrare i nanomateriali su larga scala.
Il grafene è il materiale più sottile in grado di condurre elettricità e propagare campi elettrici. I campi elettrici sono ciò che usiamo per posizionare i nanomateriali su un foglio di grafene:la forma e il modello del grafene (che progettiamo) determinano dove vengono posizionati i nanomateriali. Ciò offre un livello di precisione senza precedenti per la costruzione di nanomateriali. Oggi, questo approccio viene eseguito utilizzando materiali standard, principalmente metalli come il rame. Ma la sfida si presenta perché è quasi impossibile rimuovere il rame dai nanomateriali una volta che è stato assemblato, senza influire sulle prestazioni o distruggere completamente il nanomateriale. Il grafene non solo ci dà precisione nel posizionamento dei nanomateriali, ma è facilmente rimovibile dal nanomateriale assemblato.
È importante sottolineare che il metodo funziona indipendentemente dalla forma del nanomateriale, Per esempio, con punti quantici, nanotubi, e nanosheet bidimensionali. Abbiamo utilizzato il metodo per costruire transistor funzionanti e per testarne le prestazioni. Oltre all'elettronica integrata, il metodo può essere utilizzato per la manipolazione e l'intrappolamento di particelle nella tecnologia lab-on-chip (microfluidica) [US20170292934A1].
Il progresso nell'uso del grafene per il posizionamento di nanomateriali potrebbe essere utilizzato per creare pannelli solari di prossima generazione, chip più veloci in telefoni cellulari e tablet, o dispositivi quantistici esplorativi, come un comando elettrico, emettitore o rivelatore di luce quantistica su chip. Tale dispositivo è in grado di emettere o rilevare singoli fotoni, un prerequisito per una comunicazione sicura.
Prove come questa ricerca pubblicata suggeriscono che il grafene potrebbe consentire l'integrazione di nanomateriali che i materiali standard (usati oggi) non sono in grado di fare. Ciò potrebbe aprire la strada alla sua inclusione nella produzione di elettronica su scala industriale, che è un obiettivo chiave di uno degli sforzi di ricerca più ambiziosi a livello globale, Fiore all'occhiello del grafene. Lavorando con partner industriali, speriamo di accelerare la generazione di conoscenza, sviluppo tecnologico e adozione di questo metodo dal basso verso l'alto per l'integrazione dei nanomateriali.
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di IBM Research. Leggi la storia originale qui.
