Aatomjõumikroskoobi teraviku abil saab grafeen-nanojuhtmeid ‘kirjutada’

Ameerika Ühendriikide ning Prantsusmaa teadlased on välja töötanud uue lihtsa meetodid grafeenist vooluringide valmistamiseks. Protsess seisneb voolu juhtivate grafeen-nanojuhtmete ‘kirjutamises’ grafeenoksiidile, kasutades selleks imepisikest kuumutatud teravikku. Meetodi abil saaks edukalt valmistada ka painduvaid elektroonikaseadmeid, vahendab physicsworld.com.

Grafeenipõhiste seadmete rakendamiseks toodete valmistamisel peavad teadlased enne välja töötama meetodid, mis lubaksid toota grafeen-vooluringe suures koguses, kasutades selleks korratavaid ning usaldusväärseid tehnikaid. Hetkel kasutatakse peamiselt nanojuhtmete ‘välja lõikamist’ grafeenlehelt, misjärel need vooluringi saamiseks kokku ühendatakse.

Termokeemiline nanolitograafia

Ent kui asi puudutab grafeeni, võivad asjad ka palju lihtsamateks osutuda. Paul Sheehan Washingtoni Mereväe Uurimislaboratooriumist ja Elisa Riedo Georgia Tech‘ist kasutasid oma uurimuses ära fakti, et grafeenoksiid on dielektrik ning muutub kuumutamise järel tagasi voolujuhtivaks grafeeniks. Kuid selle asemel, et kuumutada kogu grafeenplaati, kasutasid teadlased kuuma aatomjõumikroskoobi teravikku, mille abil muudeti väga peenikesed, kõigest 12-nanomeetri laiused ribad nanojuhtmeteks.

Antud meetod on väga täpne, mis tähendab, et ülejäänud grafeenplaat on jätkuvalt isoleeriv. Kasutades ‘kirjutamiseks’ erinevaid teraviku temperatuure, on võimalik muuta ka nanojuhtmete elektrilisi omadusi neljas erinevas suurusjärgus, saades seega rohkem või vähem voolu juhtivaid nanojuhtmeid.

,,Antud meetodi võlu seisneb selles, et selle abil saab lihtsalt, robustselt ning korratavalt muuta isoleeriv grafeenplaat voolujuhtivaks nanojuhtmeks,” sõnas Sheenan. ,,Meetodi paindlikkus võimaldab nanojuhtmete ‘kirjutamist’ nii enne kui ka pärast grafeeni paigutamist alusmaterjalile.”

Paljutõotav

,,Termokeemiliseks nanolitograafiaks nimetatav protsess seisneb materjali keemilise koostise muutmises kuuma nanoteravikuga, on vägagi paljutõotav, ning selle abil suutsime me ‘kirjutada’ dielektrikust materjalidele nii pooljuhtivaid- kui ka metalljooni. Kasutasime selleks erinevatel temperatuuridel olevaid teravikke,” täpsustas Riedo.

Vastavalt teadlastele juhivad nanojuhtmed voolu paremini kui lisanditega amorfne räni, ning on võrreldavad ka lisanditega polümeerjuhtidega. Kuid vastupidiselt teistele materjalidele, toimub kogu voolu juhtimine kõiges ühesainsas aatomkihis.

Kuigi uurimus on alles algjärgus, on võimalik, et tulevikus saaks seda meetodit rakendada vooluringide kiireks trükkimiseks grafeenplaatidele. ,,Grafeen oleks justkui nanoskaalas elektrooniline lõikelaud,” naljatas Sheehan.

Teadlastel on järgnevalt plaanis laiendada oma uurimustööd räniplaadile asetatud grafeenkihtidele.

Vastavasisuline teadusartikkel avaldati ajakirjas Science.

Allikas

Teadusartikkel: “Nanoscale Tunable Reduction of Graphene Oxide for Graphene” Electronics