Con letteralmente lo spessore di un atomo di carbonio e proprietà elettriche che possono superare quelle delle tecnologie standard dei semiconduttori, i nanonastri di grafene promettono una nuova generazione di dispositivi elettronici miniaturizzati. La teoria, però, rimane molto più avanti della realtà, con gli attuali nanonastri di grafene che non raggiungono il loro potenziale.

Un nuovo studio collaborativo visto in Materiali di comunicazione da un progetto di CREST, JST Japan incluso il Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. e Fujitsu Ltd., e l'Università di Tokyo riporta il primo nanonastro di grafene largo 17 carbonio e conferma che ha il più piccolo bandgap visto fino ad oggi tra i nanonastri di grafene conosciuti preparati con un metodo dal basso verso l'alto.

I circuiti integrati su larga scala (LSI) che utilizzano semiconduttori di silicio sono utilizzati in un'ampia gamma di dispositivi elettronici, ovunque, dai computer agli smartphone. In realtà stanno supportando le nostre vite e quasi tutto il resto in questi giorni. Però, sebbene gli LSI abbiano migliorato le prestazioni dei dispositivi riducendo le dimensioni dei dispositivi, La miniaturizzazione di LSI si avvicina al limite. Allo stesso tempo, la domanda commerciale continua a fare pressione sulle aziende per realizzare smartphone più performanti in dimensioni più piccole, mentre la pressione del settore richiede una produzione su larga scala con attrezzature più piccole.

Altri metodi e/o materiali sono sicuramente necessari per risolvere questi problemi, dice il capogruppo Dr. Shintaro Sato, Fujitsu Ltd.

"I semiconduttori al silicio ci stanno dando prestazioni migliori con dimensioni più piccole. Tuttavia, stiamo raggiungendo il limite di quanto piccolo possiamo realizzare dispositivi. Così, abbiamo grandi aspettative per le prestazioni dei nanonastri di grafene, che hanno proprietà semiconduttive che sono spesse solo un atomo:un materiale 2-D, " fa notare.

I nanonastri di grafene sono strutture a nido d'ape e, rispetto al grafene e ai nanotubi di carbonio, sono il membro meno noto della famiglia dei semiconduttori a base di carbonio. I nanonastri di grafene presentano proprietà elettroniche e magnetiche uniche che non appaiono nel grafene bidimensionale.

"Interessante, le proprietà elettroniche e magnetiche dei nanonastri di grafene sono ampiamente sintonizzate in funzione della larghezza e della struttura del bordo", afferma il prof. Hiroko Yamada al NAIST.

Nastri di grafene tipo poltrona, che sono promettenti tipi di nanonastri per l'applicazione di dispositivi, visualizza il gap di banda dipendente dalla larghezza. Possono essere classificati in tre sottofamiglie (3p, 3p + 1, 3p + 2), i loro band gap sono inversamente proporzionali all'ampiezza di quelle famiglie. Fondamentalmente, i nanonastri di grafene a bordo poltrona più larghi appartenenti alla sottofamiglia 3p + 2 hanno i più piccoli gap di banda tra i diversi nanonastri di grafene, aventi un notevole potenziale da sfruttare nei dispositivi basati su GNR.

Finora, Sono stati segnalati nanonastri di grafene da 13 poltrone appartenenti alla sottofamiglia 3p + 1 con un gap di banda superiore a 1 eV, ma Sato, Yamada e colleghi mostrano la sintesi di un nanonastro di 17-grafene appartenente alla sottofamiglia 3p+2, che hanno bandgap ancora più piccoli.

La sintesi del nanonastro di grafene si è basata sull'approccio dal basso verso l'alto, chiamato "sintesi in superficie, " e una molecola a base di dibromobenzene è stata utilizzata come precursore per la sintesi di nanonastri di grafene sulla superficie.

"Esistono molti metodi per sintetizzare i nanonastri di grafene, ma per produrre nanonastri di grafene atomicamente precisi, abbiamo deciso di utilizzare l'approccio dal basso verso l'alto. Il punto importante è che la struttura del precursore può definire la struttura ultima dei nanonastri di grafene se usiamo l'approccio dal basso verso l'alto, " spiega il dottor Hironobu Hayashi di NAIST, che ha anche contribuito allo studio.

Microscopia a scansione a tunnel e spettroscopia del Dr. Junichi Yamaguchi presso Fujitsu. Ltd. e la microscopia a forza atomica senza contatto del Dr. Akitoshi Shiotari e del Prof. Yoshiaki Sugimoto presso l'Università di Tokyo hanno confermato la struttura atomica ed elettronica dei nanonastri di grafene acquisiti da 17 poltrone. Inoltre, il bandgap ottenuto sperimentalmente di nanonastri di grafene da 17 poltrone è risultato essere 0,6 eV, e questa è la prima dimostrazione della sintesi di nanonastri di grafene aventi un band gap inferiore a 1 eV in maniera controllata.

"Ci aspettiamo che questi nanonastri di grafene larghi 17 carbonio aprano la strada a nuovi dispositivi elettronici basati su GNR, "dice Sato.