Obtenir des nanorubans de graphène à bords fermés en écrasant des nanotubes de carbone

Obtenir des nanorubans de graphène à bords fermés en écrasant des nanotubes de carbone

Crédit : DOI : 10.1038/s41928-021-00633-6

Des nanorubans de graphène longs et étroits (GNR) avec des bords lisses, une bande interdite importante et une mobilité élevée sont hautement souhaitables pour les applications électroniques et optoélectroniques. Cependant, il est difficile de préparer efficacement de tels GNR. Récemment, Changxin Chen et ses collègues ont rapporté que des nanorubans de graphène semi-conducteur de moins de 10 nm de large avec des bords fermés atomiquement lisses peuvent être produits en écrasant des nanotubes de carbone à l’aide d’un traitement thermique et à haute pression. L’étude a été publiée en ligne le 6 septembre dans Nature Électronique.

Un obstacle majeur à l’application du graphène en électronique et en optoélectronique a été que le graphène bidimensionnel est un semi-métal avec une bande interdite nulle. Une solution consiste à utiliser des nanorubans de graphène (GNR) unidimensionnels avec une largeur étroite. Des études antérieures avaient démontré que les GNR d’une largeur de

D’un autre côté, l’obtention de nanotubes de carbone à simple paroi (SWCNT) 100% semi-conducteurs basés sur la technologie actuelle de séparation ou de croissance des NTC reste un défi de taille. « Cela confère également aux GNR étroits un avantage clé par rapport aux SWCNT dans la production de dispositifs entièrement semi-conducteurs pour l’application dans les futurs circuits intégrés », a déclaré Changxin Chen, premier auteur et auteur correspondant de ce travail et professeur de science et technologie électroniques à Shanghai Jiao. Université de Tong.

Malheureusement, les GNR de haute qualité qui sont ultra-étroits et longs sont difficiles à synthétiser, en particulier ceux avec des bords lisses sur toute la longueur du ruban. Ainsi, une méthode pour produire efficacement des GNR étroits et longs avec des bords atomiquement lisses est un objectif urgent de la communauté des chercheurs.

Dans le travail, une cellule à enclume de diamant (DAC) a été utilisée pour le traitement à haute pression des NTC. Les échantillons de CNT ont été chargés et scellés dans une chambre d’échantillon au centre d’un joint en tungstène pré-indenté qui a ensuite été comprimé entre deux enclumes en diamant. La figure 1 illustre le changement structurel des NTC avant et après le traitement à haute pression et thermique, où les NTC vierges sont écrasés dans les GNR après le traitement. L’application d’une pression non hydrostatique élevée et d’un traitement thermique approprié ainsi que l’effet stabilisant des défauts innés dans les NTC contribuent à la réalisation d’une déformation radiale irréversible pour les NTC. Cela fait que les CNT sont écrasés dans les GNR. Les GNR obtenus à partir de NTC écrasés ont des bords atomiquement lisses et fermés et peu de défauts.

Avec cette approche, des GNR plus étroits que 5 nm ont été obtenus et une largeur de GNR jusqu’à 1,4 nm a été enregistrée, qui est l’une des plus étroites parmi les GNR fabriqués à l’aide d’approches descendantes signalées à ce jour. Les GNR à bords ouverts pourraient également être préparés en utilisant un oxydant, HNO3, pour graver sélectivement les bords des NTC écrasés sous haute pression. Un rendement élevé allant jusqu’à 54% pourrait être atteint pour écraser les NTC à simple et double paroi dans des GNR à bords fermés. Un transistor à effet de champ (FET) typique construit par un GNR à bords fermés de 2,8 nm de large présente des performances globales élevées avec un rapport Ion/Ioff élevé (>10^4), une conductivité à l’état passant (7,42 mS) et une mobilité de l’appareil (2 443 cm^2 V^−1 s^−1) atteints simultanément. Et une bande interdite d’environ 494 meV est estimée pour ce GNR. La synthèse à haut rendement de GNR semi-conducteurs étroits avec une mobilité élevée et une bande interdite importante est cruciale pour son intégration de dispositifs à grande échelle.

La méthode de ce travail fournit une voie pour produire des GNR semi-conducteurs de haute qualité, étroits et longs et pour contrôler les types de bords du GNR pour explorer leurs propriétés fondamentales et leurs applications pratiques en électronique et en optoélectronique. Il s’agit d’une avancée significative dans la production de GNR de haute qualité et de GNRFET haute performance. « En comparaison avec les méthodes rapportées précédemment, cette nouvelle approche est capable de produire des GNR beaucoup plus étroits », a déclaré Changxin Chen. « De plus, les bords atomiquement lisses sur l’ensemble du GNR peuvent être obtenus par notre méthode, ce qui entraîne une mobilité élevée des matériaux et des appareils. »

« En tirant parti du rendement élevé de notre méthode, nous espérons étendre la synthèse en utilisant davantage un appareil à plusieurs enclume ou une presse à grand volume. Il est important de noter que cette méthode peut également être étendue pour fabriquer d’autres nanorubans à base de matériaux à partir de nanotubes écrasés. et pour aplatir d’autres matériaux fullerène », a déclaré Changxin Chen.


Courbe courant-tension des nanorubans de graphène mesurée, avec des implications pour les commutateurs de graphène


Plus d’information:
Changxin Chen et al, Nanorubans de graphène de moins de 10 nm avec des bords atomiquement lisses à partir de nanotubes de carbone écrasés, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00633-6

Fourni par l’Université Jiao Tong de Shanghai

Citation: Atteindre des nanorubans de graphène à bord fermé en écrasant des nanotubes de carbone (2021, 20 septembre) récupéré le 20 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-edge-closed-graphene-nanoribbons-carbon-nanotubes.html

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