Новий метод точкової зварювання дозволить з'єднати графен і вуглецеві нанотрубки в електричну схему
Графен і вуглецеві нанотрубки є формами вуглецю, кристалічна решітка якого має товщину в один атом. Ми вже досить багато розповідали про унікальних фізичних і хімічних властивостях цих двох видів матеріалів, які вважаються одними з головних претендентів на заміну кремнію в електроніці майбутнього. Вже були створені транзистори на основі графену, що володіють приголомшливими електричними і швидкісними характеристиками, розміри таких транзисторів не перевищують 10 нанометрів. Це, в свою чергу, означає, що графенові наноструктури мають розміри у кілька десятків атомів. Звідси і виникає проблема, яка не дозволяє реалізувати поки процеси масового виробництва чіпів на основі графенових транзисторів і яка полягає у відсутності технології виготовлення з атомарною точністю контактів між графеном і металевими провідниками, не зачіпає структуру самого графена.
Вчені з університету Аальто (Aalto University) та Утрехтського університету (Utrecht University) досить давно працювали над проблемою створення надійного і міцного електричного контакту між графеном і металом. І ось нещодавно їм вдалося досягти успіху у цій справі, розробивши технологію нано-точкового зварювання, яка дозволила створити контактні з'єднання між єдиними атомами вуглецю графенової наноленты і золота, яке відігравало роль токоподводящего електрода.
Для того, щоб зробити одну хімічну зв'язок між атомом вуглецю і золота, вчені спочатку склали детальну карту структури графенової стрічки з роздільною здатністю в один атом, використовуючи атоммно-силовий мікроскоп (atomic force microscopy, AFM) та скануючий тунельний мікроскоп (scanning tunneling microscopy, STM).
Отримавши на руки настільки детальну карту і встановивши наконечник тунельного мікроскопа в необхідну точку на краю графенової плівки, вчені подали на наконечник імпульс електричного струму певної форми і напруги. Цей імпульс видалив атом водню, який до цього служив в якості "облямівки" графенової наноленты, а вивільнений електрон атома вуглецю тут же зв'язався з електроном атома золота, створивши нову міцну хімічний зв'язок, що виступає в ролі електричного контакту. Використовуючи подібний метод точкової зварювання можна, атом за атомом, створити скільки завгодно великий електричний контакт між графеном і металом, який може пропустити через себе досить сильний електричний струм.
Але найбільш істотним у цьому досягненні є те, що з вченим вдалося винайти метод створення одиночних хімічних зв'язків за допомогою електроніки, який абсолютно не порушує електронну і атомарну структуру графенової плівки і не змінює її електричних і механічних властивостей. Така технологія може стати ключем до технологій майбутнього, які будуть використовуватися для виготовлення високошвидкісних і малопотребляющих електронних пристроїв на основі графену і вуглецевих нанотрубок.