Графеновые наноленты из сегментов с различным легированиемИсследователи во главе с Романом Фазелем достигли новой вехи, позволив расти графеновым нанолентам, состоящим из субсегментов с различным легированием. Вместо того, чтобы всегда использовать одни и те же «чистые» молекулы углерода, они использовали дополнительно легированные молекулы — молекулы, снабженные «чужеродными атомами» в точно определенных положениях, в данном случае азотом. Путем соединения «нормальных» сегментов с легированными азотом сегментами на поверхности золота (Au (111)) между отдельными сегментами создаются так называемые гетеропереходы.
Исследователи показали, что они демонстрируют свойства, аналогичные свойствам классического pn-перехода, то есть перехода, имеющего как положительные, так и отрицательные заряды в разных областях полупроводникового кристалла, тем самым создавая базовую структуру, позволяющую разрабатывать многие компоненты, используемые в полупроводнике. промышленность. Переход p-n заставляет ток течь только в одном направлении.
Из-за резкого перехода на границе гетероперехода новая структура также позволяет эффективно разделять пары электрон / дырка при приложении внешнего напряжения, как теоретически продемонстрировали теоретики из Empa и сотрудники из Политехнического института Ренсселера. мощность солнечных элементов.Исследователи описывают соответствующие гетеропереходы в сегментированных графеновых нанолентах в недавно опубликованном выпуске журнала Nature Nanotechnology.Перенос графеновых нанолент на другие подложкиКроме того, ученые решили еще один ключевой вопрос для интеграции графеновых нанотехнологий в обычную полупроводниковую промышленность: как перенести сверхузкие графеновые ленты на другую поверхность?
Пока графеновые наноленты остаются на металлической подложке (такой как золото, используемое здесь), они не могут использоваться в качестве электронных переключателей. Золото проводит и, таким образом, создает короткое замыкание, которое «саботирует» привлекательные полупроводниковые свойства графеновой ленты. Группе Фазеля и его коллегам из Института исследований полимеров Макса Планка в Майнце удалось продемонстрировать, что графеновые наноленты можно эффективно и неповрежденными переносить с помощью относительно простого процесса травления и очистки на (практически) любую подложку, например, на сапфир, кальций. фторид или оксид кремния.Таким образом, графен становится все более интересным полупроводниковым материалом и долгожданным дополнением к вездесущему кремнию.
Полупроводниковые графеновые наноленты особенно привлекательны, поскольку они позволяют создавать электронные компоненты меньшего размера и, следовательно, более энергоэффективные и более быстрые, чем кремний. Однако в ближайшем будущем не ожидается повсеместного использования графеновых нанолент в секторе электроники, отчасти из-за проблем с масштабированием, а отчасти из-за сложности замены хорошо зарекомендовавшей себя традиционной электроники на основе кремния. По оценкам Фазеля, может пройти от 10 до 15 лет, прежде чем первый электронный переключатель, сделанный из графеновых нанолент, можно будет использовать в продукте.Графеновые наноленты для фотоэлектрических компонентов
Фотоэлектрические компоненты также могут однажды быть основаны на графене. Во второй статье, опубликованной в «Nature Communications», Паскаль Руффье — также из лаборатории Empa «nanotech @ Surface» и его коллеги описывают возможное использование графеновых полосок, например, в солнечных элементах.
Руффье и его команда заметили, что особенно узкие графеновые наноленты исключительно хорошо поглощают видимый свет и поэтому хорошо подходят для использования в качестве слоя поглотителя в органических солнечных элементах. По сравнению с «обычным» графеном, который одинаково поглощает свет на всех длинах волн, поглощение света в графеновых нанолентах может быть значительно увеличено контролируемым образом, посредством чего исследователи «устанавливают» ширину графеновых нанолент с атомарной точностью.
Эта работа была поддержана Швейцарским национальным научным фондом, Европейским научным фондом (ESF), Европейским исследовательским советом (ERC) и Управлением военно-морских исследований.