Теперь возможно создать ценный материал для устройств спинтроники и полупроводников - однослойные графеновые наноленты с зигзагообразными краями.
Микроскопические ленты графена являются очень востребованными строительными блоками для полупроводниковых устройств из-за их предсказанных электронных свойств. Но создание этих наноструктур оставалось сложной задачей. Теперь группа исследователей из Китая и Японии разработала новый метод создания структур в лаборатории. Их выводы опубликованы в текущем выпуске Applied Physics Letters от AIP Publishing.
«Многие исследования предсказали свойства графеновых нанолент с зигзагообразными краями», - сказал Гуангью Чжан, старший автор исследования. «Но в экспериментах очень сложно получить этот материал».
Ранее исследователи пытались создать графеновые наноленты, помещая листы графена поверх слоя кремнезема и используя атомарный водород для травления полосок с зигзагообразными краями. Этот процесс известен как анизотропное травление. Эти края имеют решающее значение для модуляции свойств наноленты.
Но этот метод хорошо работал только для изготовления лент с двумя или более слоями графена. Неровности кремнезема, созданные электронными пиками и впадинами, делают его поверхность шероховатой, поэтому создание четких зигзагообразных краев на монослоях графена было сложной задачей. Чжан и его коллеги из Китайской академии наук, Пекинской ключевой лаборатории наноматериалов и наноустройств и Совместного инновационного центра квантовой материи объединились с японскими сотрудниками из Национального института материаловедения для решения проблемы.
Они заменили основной кремнезем нитридом бора, кристаллическим материалом, который химически вялый и имеет гладкую поверхность, лишенную электронных выпуклостей и ямок. Используя эту подложку и технику анизотропного травления, группа успешно изготовила графеновые наноленты толщиной всего в один слой с четко очерченными зигзагообразными краями.
«Мы впервые видим, что графен на поверхности нитрида бора может быть изготовлен таким контролируемым способом», - объяснил Чжан.
Наноленты с зигзагообразными краями продемонстрировали высокую подвижность электронов в диапазоне 2000 см2/Вс даже при ширине менее 10 нм - самое высокое значение, когда-либо зарегистрированное для этих структур - и создали чистые, узкие энергетические запрещенные зоны, что делает перспективные материалы для устройств спинтроники и наноэлектроники.
«Когда вы уменьшаете ширину нанолент, их подвижность резко снижается из-за краевых дефектов», - сказал Чжан.«Исследования с использованием стандартных методов изготовления литографии показали подвижность 100 см2/Вс или даже ниже, но наш материал по-прежнему превышает 2000 см2/Вс даже в масштабе менее 10 нанометров, демонстрируя, что эти наноленты очень высокого качества».
В будущих исследованиях распространение этого метода на другие виды подложек может обеспечить быструю крупномасштабную обработку монослоев графена для создания высококачественных нанолент с зигзагообразными краями.