Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Поверхностный синтез графеновых нанолент может продвинуть квантовые устройства

Поверхностный синтез графеновых нанолент может продвинуть квантовые устройства

Опубликовал: Admin, 28-10-2020, 01:01, Нанотехнологии, 35, 0

Поверхностный синтез графеновых нанолент может продвинуть квантовые устройства

Международная группа ученых из нескольких институтов синтезировала графеновые наноленты - ультратонкие полоски атомов углерода - на поверхности диоксида титана, используя метод атомарной точности, который устраняет барьер для специально разработанных углеродных наноструктур, необходимых для квантовой информации.

Графен состоит из слоев углерода толщиной в один атом, обладающих сверхлегкими, проводящими и чрезвычайно прочными механическими характеристиками. Популярно изучаемый материал обещает преобразить электронику и информатику благодаря его легко настраиваемым электронным, оптическим и транспортные свойства .

При преобразовании в наноленты графен может применяться в устройствах нанометрового масштаба; однако отсутствие точности в атомном масштабе при использовании современных методов синтеза «сверху вниз» - разрезания листа графена на полоски толщиной до атома - препятствует практическому использованию графена.

Исследователи разработали подход «снизу вверх» - построили графеновую наноленту прямо на атомный уровень таким образом, чтобы его можно было использовать в конкретных приложениях, что было задумано и реализовано в Центре науки о нанофазных материалах (CNMS), расположенном в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Этот метод абсолютной точности помог сохранить ценные свойства монослоев графена, поскольку сегменты графена становятся все меньше и меньше. Разница в ширине всего в один-два атома может кардинально изменить свойства системы, превратив полупроводниковую ленту в металлическую. Результаты команды описаны в Наука .

Марек Колмер из ORNL, Ан-Пинг Ли и Вонхи Ко из группы сканирующей туннельной микроскопии CNMS сотрудничали в проекте с исследователями из частной исследовательской компании Espeem и нескольких европейских институтов: Университета Фридриха Александра Эрлангена-Нюрнберга, Ягеллонского университета и Мартина Лютера. Университет Галле-Виттенберг.

Уникальный опыт ORNL в области сканирующей туннельной микроскопии имел решающее значение для успеха команды, как в манипулировании материалом-прекурсором, так и в проверке результатов.

«Эти микроскопы позволяют напрямую отображать материю и управлять ею в атомном масштабе», - сказал Колмер, научный сотрудник и ведущий автор статьи. «Кончик иглы настолько тонкий, что по существу имеет размер с один атом. Микроскоп перемещается линия за линией и постоянно измеряет взаимодействие между иглой и поверхностью, создавая атомарно точную карту структуры поверхности».

В прошлых экспериментах с графеновой нанолентой материал был синтезирован на металлической подложке, которая неизбежно подавляла электронные свойства нанолент.

«Вся история в том, что электронные свойства этих лент работают так, как задумано. С точки зрения применения, использование металлической подложки бесполезно, поскольку она экранирует свойства», - сказал Колмер. «Это большая проблема в этой области - как нам эффективно разделить сеть молекул для передачи на транзистор?»

Нынешний подход к развязке включает удаление системы из условий сверхвысокого вакуума и проведение ее через многоступенчатый процесс влажной химии, который требует удаления металлической подложки. Этот процесс противоречит тщательной и чистой точности, использованной при создании системы.

Чтобы найти процесс, который будет работать на неметаллической подложке, Колмер начал экспериментировать с оксидными поверхностями, имитируя стратегии, используемые для металла. В конце концов, он обратился к группе европейских химиков, специализирующихся на химии фтораренов, и начал заниматься разработкой химического прекурсора, который позволил бы синтезировать непосредственно на поверхности рутилового диоксида титана.

«Поверхностный синтез позволяет нам изготавливать материалы с очень высокой точностью, и для этого мы начали с молекулярных прекурсоров», - сказал Ли, старший автор статьи, возглавлявший команду CNMS. «Реакции, которые нам нужны для получения определенных свойств, по существу запрограммированы в предшественнике. Мы знаем температуру, при которой будет происходить реакция, и, настраивая температуры, мы можем контролировать последовательность реакций».

«Еще одно преимущество поверхностного синтеза - это широкий выбор материалов-кандидатов, которые могут использоваться в качестве предшественников, что обеспечивает высокий уровень программируемости», - добавил Ли.

Точное применение химикатов для разделения системы также помогло сохранить структуру с открытой оболочкой, что позволило исследователям получить доступ на атомном уровне для создания и изучения молекул с уникальными квантовыми свойствами. «Было особенно приятно обнаружить, что эти графеновые ленты имеют на концах связанные магнитные состояния, также называемые квантовыми спиновыми состояниями», - сказал Ли. «Эти состояния предоставляют нам платформу для изучения магнитных взаимодействий с надеждой на создание кубитов для приложений в квантовой информатике». Поскольку в молекулярных материалах на основе углерода существует небольшое нарушение магнитного взаимодействия, этот метод позволяет программировать длительные магнитные состояния изнутри материала.

Их подход создает высокоточную ленту, отделенную от подложки, что желательно для приложений спинтроники и квантовой информатики. Полученная система идеально подходит для дальнейшего изучения и построения, возможно, как наноразмерный транзистор, поскольку он имеет широкую запрещенную зону в пространстве между электронными состояниями, которое необходимо для передачи сигнала включения /выключения.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии