Наноструктуры на основе углерода являются перспективными материалами для наноэлектроники. Однако, чтобы быть подходящими, они часто должны были бы быть сформированы на неметаллических поверхностях, что было проблемой – до сих пор. Исследователи из Университета Фридриха-Александра-Эрлангена-Нюрнберга (FAU) нашли способ формирования нанографенов на поверхности оксидов металлов.
Их исследования, проведенные в рамках совместного исследовательского центра 953 – Аллотропы синтетического углерода, финансируемого Германским исследовательским фондом (DFG), теперь опубликованы в журнале Science ( «Программируемое с помощью фтора нанозиппинг для специально созданных нанографенов на рутиловых поверхностях TiO 2 » ) ,
Желаемые нанографены образуют подобные домино посредством циклодегидрофторирования на поверхности оксида титана. Таким образом, все «пропущенные» углерод-углеродные связи образуются друг за другом в формации, которая напоминает замкнутую молнию. (Изображение: FAU / Константин Амшаров)
Двумерный, гибкий, устойчивый к разрывам, легкий и универсальный – все эти свойства относятся к графену , который часто называют чудодейственным материалом. Кроме того, эта углеродная наноструктура обладает уникальными электрическими свойствами, которые делают ее привлекательной для применения в наноэлектронике.
В зависимости от его размера и формы нанографен может быть проводящим или полупроводящим – свойства, которые необходимы для использования в нанотранзисторах. Благодаря хорошей электрической и теплопроводности он может также заменить медь (которая является проводящей) и кремний (который является полупроводящей) в будущих нанопроцессорах.
Новое: нанографен на оксидах металлов
Проблема: чтобы создать электронную схему, молекулы нанографена должны быть синтезированы и собраны непосредственно на изолирующей или полупроводящей поверхности. Хотя оксиды металлов являются лучшими материалами для этой цели, в отличие от металлических поверхностей, прямой синтез нанографенов на поверхностях из оксидов металлов невозможен, поскольку они значительно менее химически активны.
Исследователям придется проводить процесс при высоких температурах, что приведет к нескольким неконтролируемым вторичным реакциям. Команда ученых во главе с доктором Константином Амшаровым с кафедры органической химии II в настоящее время разработала метод синтеза нанографенов на неметаллических поверхностях, то есть изолирующих поверхностях или полупроводниках.
Это все о связи
Метод исследователей предполагает использование углерод-фторсвязи, которая является самой прочной углеродной связью. Он используется для запуска многоуровневого процесса. Желаемые нанографены образуют подобные домино посредством циклодегидрофторирования на поверхности оксида титана.
Таким образом, все «пропущенные» углерод-углеродные связи образуются друг за другом в формации, которая напоминает замкнутую молнию. Это позволяет исследователям создавать нанографены на полупроводнике из оксида титана. Этот метод также позволяет им определять форму нанографена путем изменения расположения предварительных молекул. Новые углерод-углеродные связи и, в конечном счете, нанографены образуются там, где исследователи размещают атомы фтора.
Впервые эти результаты исследований демонстрируют, как углеродные наноструктуры могут быть изготовлены путем прямого синтеза на поверхностях технически значимых полупроводниковых или изолирующих поверхностей.
«Это новаторское новшество предлагает эффективный и простой доступ к электронным наночастицам, которые действительно работают, что может уменьшить масштаб существующей микроэлектроники до нанометрового масштаба», – объясняет доктор Амшаров.