Pisanie obwodów na grafenie

Za pomocą podgrzewanej końcówki mikroskopu sił atomowych naukowcy narysowali wzorce przewodzące w nanoskali na izolującym tlenku grafenu. Ta prosta sztuczka kontrolowania przewodnictwa tlenku grafenu może utorować drogę do wytrawiania obwodów elektronicznych w materiale węglowym, co stanowi ważny postęp w kierunku szybkich, energooszczędnych i potencjalnie tańszych procesorów komputerowych.

Gorący drut: Końcówka AFM podgrzana do ponad 150°C może wytrawić izolującą powierzchnię tlenku grafenu, tworząc cienkie przewodzące druty w nanoskali.

Grafen, arkusz węglowy o grubości atomu, jest obiecującym zamiennikiem krzemu w obwodach elektronicznych, ponieważ transportuje elektrony znacznie szybciej. Badacze IBM stworzyli już tranzystory, elementy składowe obwodów elektronicznych, z grafenem, które działają 10 razy szybciej niż ich krzemowe odpowiedniki. Aby jednak wytworzyć te tranzystory, naukowcy muszą najpierw zmienić właściwości elektroniczne grafenu poprzez pocięcie go na cienkie wstążki, które są następnie włączane do urządzeń. Naukowcy wykonali te nanowstążki za pomocą litografii, procesów opartych na roztworach chemicznych lub rozpakowywania nanorurek węglowych.

W nowym Nauka na papierze, naukowcy z Georgia Institute of Technology i US Naval Research Laboratory zamiast tego piszą takie nanowstążki na powierzchni, zamiast ciąć grafen. Naukowcy zaczynają od arkusza tlenku grafenu, który nie przewodzi prądu elektrycznego. Kiedy ciągną końcówkę AFM podgrzaną do temperatury od 150 °C do 1060 °C po arkuszu, atomy tlenu są rozsypywane w miejscach, których dotyka końcówka. Pozostawia to linie prawie czystego grafenu, które przewodzi 10 000 razy lepiej niż otaczający go tlenek grafenu.

To szybka, powtarzalna technika, jednoetapowa, prosta, mówi Paul Sheehan, który kierował pracami w Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej . Zamiast stawiać opór i próbować ciąć grafen na różne sposoby, możesz użyć lokalnego ciepła i napisać linie dokładnie tam, gdzie chcesz. Sheehan twierdzi, że zestaw tysięcy końcówek AFM może jednocześnie szkicować obwody na tlenku grafenu.

Mówi się, że litograficzne metody wytwarzania nanowstążek są kłopotliwe i drogie Jing Guo , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Florydy w Gainesville. Metody te mogą również tworzyć wstążki o szorstkich krawędziach, które wpływają na właściwości elektroniczne grafenu i skutkują niską jakością tranzystorów. To nowy sposób [tworzenia nanowstążek], który jest bardzo prosty i niezawodny oraz potencjalnie skalowalny na dużą skalę, mówi. Zasadniczo masz papier i bierzesz ołówek, żeby go zarysować, i masz bardzo wąską linię.

Naukowcy napisali linie o średnicy zaledwie 12 nanometrów i prędkości do 0,1 milimetra na sekundę. Szybkość pisania rosła wraz z temperaturą. To ekscytujące widzieć, że tę konwersję można przeprowadzić i kontrolować w nanoskali, mówi Yu-Ming Lin , naukowiec z grupy naukowo-technologicznej w nanoskali w IBM Watson Research Center w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork. Jest to ważny krok dla [elektroniki] opartej na grafenie.

Rozpoczęcie od arkuszy tlenku grafenu zamiast grafenu jest łatwiejsze i tańsze, mówi Elisa Riedo , profesor fizyki w Georgia Tech, który kierował pracami z Sheehanem. Nieskazitelne arkusze grafenowe są zwykle otrzymywane przez mechaniczne oddzielanie płatków od grafitu lub przez hodowanie grafenu na dwucalowych waflach z węglika krzemu. Jak mówi Riedo, tlenek grafenu był tańszy w produkcji na dużych obszarach w porównaniu z grafenem. To inna droga do grafenu.

Naukowcy planują zrobić tranzystory przy użyciu ich techniki, ale mogą najpierw potrzebować dodatkowego przetwarzania, mówi Yanwu Zhu , badacz grafenu z University of Texas w Austin. Po pierwsze, będą musieli znaleźć sposób na usunięcie pozostałości tlenku grafenu z taśm przewodzących.

ukryć