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新型自上而下的石墨烯异质结制作方法
2017.12.07   点击55次
【导读】现在,研究人员已经研究出一种新的异质结合成方法,可以形成一种精确到原子尺度的石墨烯小条。

    异质结是指两种具有不同电子特性的固态材料结合形成的界面 ,它是构成微电子器件的基本构件。现在,研究人员已经研究出一种新的异质结合成方法,可以形成一种精确到原子尺度上的叫作纳米带的石墨烯小条,从而可以衍生出更高效和更强大的新一代纳米电子。

    Felix R. Fischer解释说:“我们期望最终能够发现一种超越目前以硅为基础的技术,现在的这种技术基本已经达到了其基础物理的极限。”他与Steven G. Louie,Michael F. Crommie及其加利福尼亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室、德克萨斯大学奥斯汀分校和Kavli能源纳米科学研究所的同事共同进行这项研究。 “问题的关键是能够通过控制原子合成异质结。”

    石墨烯纳米带自下而上的合成方法提供了一种可以完全地控制掺杂剂的方法从而制造非常精确结构的手段。但是,直到现在,异质结的形成依赖于两种不同分子的前聚体,分子的前聚体会产生两个相应的纳米带,这些纳米带会与衬底表面的随机点连接在一起。

    Fischer说:“我们需要抛弃这种抱手希望能有好的结果‘万福玛利亚’的方法。因此,我们设计了一种可以在石墨烯纳米带的精确位置上制造异质结的方法。”

    研究人员选择的新方法依赖于含有羰基的单一一种前驱体分子。在合适的条件下,前驱体中的羰基形成芴酮石墨烯纳米带修饰边缘。然而,这些化学基团可以通过在样品和扫描隧道显微镜的尖端之间加热或施加电场而从纳米带的特定区域移除。由于具有不含羰基的石墨烯纳米带的间隙是不同的,因此可以制造出小于1纳米非常精确的异质结。

    Fischer解释说:“我们会选择性地去除官能团,借此在均质的材料中形成异质结构 - 就像是将带结构写在纸条上一样。”

    研究人员证实了使用他们开发的叫作键合分解扫描隧道显微镜(BRSTM)的技术从非官能化(无羰基)的石墨烯区到官能化(含羰基)石墨烯区的转变与异质结是一致的。成像的探针在光谱测量时指出局部带隙的同时可以确定局部化学结构。

    可以肯定的是,研究人员还将他们的实验结果与基于从头计算的理论模拟进行了比较。令人高兴的是,使用密度泛函理论(DFT)的功能化和非功能化石墨烯纳米带的性能模拟显示出与实验观察的带隙结构有相同的趋势。

    曼彻斯特大学的Cinzia Casiraghi评论说:“这项研究提供了一种简单的方法来制造各种基于石墨烯纳米带的分子异质结。”她还指出:“扫描探针显微镜和模拟结果表明实验中形成了II型异质结,这与InAs-AlSb系统中形成的相同。”

    同时,她还强调说,因为合成过程所需要的超高真空和高温条件以及金质基底,我们还远不能将这种方法应用到实际生产当中。

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