25 juli 2017

Publicatie in Nature Communications

Chemische route levert elektronische schakelingen van grafeen met atomaire precisie

Metaal-halfgeleider-metaalovergang in een enkel grafeen nanolint
Metaal-halfgeleider-metaalovergang in een enkel grafeen nanolint

Essentiële elektronische componenten zoals een diode en tunnel-barrière, kunnen met atomaire precisie ingebouwd worden in stroomdraden van grafeen. Resultaat is een werkende elektronische schakeling met een supersnelle geleiding. Dit laten scheikundigen van de Universiteit Utrecht zien samen met collega’s van de TU Delft en de Universiteit van Aalto in Finland. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications van 25 juli.

Vanwege de vele aantrekkelijke eigenschappen van het ‘wondermateriaal’ grafeen, wordt wereldwijd naarstig gezocht naar manieren om het toe te kunnen passen. Grafeen zelf heeft niet direct de eigenschappen om elektrisch te kunnen schakelen tussen bijvoorbeeld aan en uit. Daarvoor moeten dus slimme oplossingen worden bedacht. “Het mooie van onze oplossing is de atomaire precisie. Door de keuze van de uitgangsstoffen, kun je heel nauwkeurig het elektronische circuit bepalen”, legt onderzoekersleider Ingmar Swart van de Universiteit Utrecht uit.

Naadloze integratie

Het uitgangspunt zijn zogenoemde nanolinten of –draden van grafeen. Uit eerder onderzoek was bekend dat de elektronische eigenschappen afhangen van de atomaire breedte van het lint. Bij vijf atomen breed is het een gewone, maar wel extreem goed geleidende, stroomdraad. Met twee atomen erbij is het lint een halfgeleider. “Wat wij nu kunnen, is een naadloze integratie van zo’n draad van vijf atomen breed en een lint van zeven atomen breed. Daarmee heb je een metaal-halfgeleiderovergang, oftewel een diode”, aldus Swart

De chemische route naar een elektronische schakeling in grafeen
De chemische route naar een elektronische schakeling in grafeen

Opdampen

De onderzoekers maken hun elektronische grafeenstructuren door een chemische reactie. Ze verdampen de uitgangsstoffen en laten die weer neerslaan op een goudkristal, waarbij nieuwe chemische verbindingen worden gevormd. “Dit is een andere manier dan tot nu toe wordt toegepast voor het maken van elektrische nanostructuren, zoals op computerchips. Voor grafeen is het echter zo belangrijk dat de structuur op atomair niveau exact goed is, dat zo’n chemische route wellicht de enige goede manier zal blijken”, licht Swart toe.         

Elektronische eigenschappen

De onderzoekers bepaalden ook de elektronische en transporteigenschappen van de door hen gemaakte structuren. Ze slaagden er onder meer in om een volledig functionerende elektronisch diode van één enkel grafeen nanolint te maken en te testen. Hieruit bleek dat die eigenschappen overeenkomen met wat theoretisch van zo’n structuur verwacht wordt.    

Dit onderzoek is medegefinancierd vanuit het NWO Graduate Programma.

Publicatie

‘Electronic components embedded in a single graphene nanoribbon’
P. H. Jacobse*, A. Kimouche**, T. Gebraad***, M. M. Ervasti**, J. M. Thijssen***, P. Liljeroth**, I. Swart* (*Utrecht University, **Aalto University School of Science, ***Delft University of Technology)
Nature Communications 25 juli, DOI: 10.1038/s41467-017-00195-2

Meer informatie

Contact

Monica van der Garde, persvoorlichter faculteit Bètawetenschappen, m.vandergarde@uu.nl, 06 13 66 14 38.