13/01/2015 - Sie schaffen mit Atomgenauigkeit Nanostrukturen, die Grafenstreifen aus verschiedenen Breiten kombinieren

Menéame

Nur wenige Materialien wurden von der wissenschaftlichen Welt so viel Aufmerksamkeit erhalten und haben nicht so viele Hoffnungen auf ihre mögliche Umsetzung in neue Anwendungen wie die Grafen. Dies ist weitgehend auf seine superlativen Eigenschaften zurückzuführen, wobei das schlankste, fast transparenteste, robustste, steifste und elastischste Material, der beste Wärmeleiter, die beweglichste der Lastträger sowie viele weitere faszinierende Eigenschaften sind.

Insbesondere ihre elektronischen Eigenschaften können durch die Einschließung in Nanosysteme stark voneinander abweichen. Deshalb werden Streifen oder Reihen von Grafen mit Nanobreiten als immens interessante elektronische Elemente postuliert. Aufgrund der großen Schwankungen der elektronischen Eigenschaften gegenüber minimalen Veränderungen in der Struktur dieser Nanostyren ist eine genaue Kontrolle auf atomarer Ebene jedoch eine unabdingbare Voraussetzung für die Ausschöpfung ihres Potenzials.

Lithografietechniken für konventionelle Nanotechnologie verfügen noch nicht über eine solche Auflösung und Genauigkeit. Im Jahr 2010 wurde jedoch ein Weg gefunden, um atomgenaue Nanotiraden durch so genannte molekulare Selbstmontage zu synthetisieren. Zu diesem Zweck konzipierte Moleküle wurden auf einer Oberfläche so gelagert, dass sie zwischen ihnen reagierten und zu genau definierten Grafen-Nanotiras führten, wobei ein hochreproduzierbares Verfahren ohne eine bessere externe Vermittlung als die Erhitzung bei geeigneten Temperaturen durchgeführt wurde. Im Jahr 2013 wurde dieses Konzept von einem Wissenschaftlerteam der Universität Berkeley und des CFM, dem gemischten CSIC-UPV/EHU-Zentrum, auf neue Moleküle ausgedehnt, die größere Grafen-Naniten und damit neue elektronische Eigenschaften bildeten. Die gleiche Gruppe hat es nun geschafft, einen Schritt weiter zu gehen, indem sie durch diese Selbstmontage heterologische Strukturen geschaffen hat, die Segmente von Grafen-Nanotyren mit zwei verschiedenen Breiten.

Bild: (A) Schema der daraus resultierenden molekularen Vorläufer und Graphen-Nanotyren sowie der Heterogenstrukturen. (B) Tunneleffektmikroskopiebilder der auf Goldoberflächen synthetisierten Heterostrukturen. (Quelle: UPV/EHU)

Die Ausbildung von Heterogenen mit unterschiedlichen Materialien war ein weit verbreitetes Konzept für die Elektroniktechnik und hat große Fortschritte in der konventionellen Elektronik ermöglicht. "Wir haben es nun geschafft, zum ersten Mal Heterostrukturen auf molekularer Ebene und mit Atomgenauigkeit von Grafen-Nanotiras zu bilden, indem wir ihre Breite modulieren. Darüber hinaus hat die anschließende Charakterisierung durch Mikroskopie und Tunneleffektspektoskopie, ergänzt durch theoretische Berechnungen der ersten Prinzipien, gezeigt, dass sie zu einem System mit sehr interessanten elektronischen Eigenschaften führt, das beispielsweise die Schaffung von sogenannten Quantenbrunnen einschließt," betont der Wissenschaftler Dimas de Oteyza, der an diesem Projekt teilgenommen hat. Diese Arbeit, deren Ergebnisse in dieser Woche in der renommierten Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht werden, ist daher ein wichtiger Erfolg bei der erwarteten Umsetzung von Grafen in kommerzielle elektronische Anwendungen.

Dr. Dimas G. de Oteyza, der früher in Berkeley und im CFM war, arbeitet derzeit im Donostia International Physics Center (DIPC) als Fellow Gipuzkoa. Das von der Diputación Foral de Gipuzkoa finanzierte Fellows-Gipuzkoas-Programm ist genau darauf ausgerichtet, junge Forscher mit einer soliden postdoktoriellen Ausbildung in international renommierten Gruppen und Zentren wiederzuerlangen, indem sie ihnen durch Verträge von bis zu fünf Jahren eine Plattform für die Wiederansiedlung anbieten, die es ihnen ermöglicht, unter den besten Bedingungen zu konkurrieren, um ständigen Forschungsplatz in unserem Land zu finden.

Bibliographische Referenz

Bandgap Engineering of Bottom-Up Synthesized Graphene Nanoribbons by Controlled Heterojunctions. Y.-C. Chen, T. Cao, C. Chen, Z. Pedramrazi, D. Haberer, D. G. de Oteyza, F. Fischer, S. Loiue, M. F. Crommie, Nature Nanotechnology (2015) DOI: 10.1038/nnano.2014.307.

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UPV/EHU

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