Новый метод позволит соединить графен и углеродные нанотрубки в электрическую схему

Графен и углеродные нанотрубки являются формами углерода, кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом. Мы уже достаточно много рассказывали об уникальных физических и химических свойствах этих двух видов материалов, которые считаются одними из главных претендентов на замену кремния в электронике будущего. Уже были созданы транзисторы на основе графена, обладающие потрясающими электрическими и скоростными характеристиками, размеры таких транзисторов не превышают 10 нанометров. Это, в свою очередь, означает, что графеновые наноструктуры имеют размеры в несколько десятков атомов. Отсюда и возникает проблема, которая не позволяет реализовать пока процессы массового производства чипов на основе графеновых транзисторов и которая заключается в отсутствии технологии изготовления с атомарной точностью контактов между графеном и металлическими проводниками, не затрагивающей структуру самого графена.

Ученые из университета Аальто (Aalto University) и Утрехтского университета (Utrecht University) достаточно давно работали над проблемой создания надежного и прочного электрического контакта между графеном и металлом. И вот недавно им удалось добиться успеха в этом деле, разработав технологию нано-точечной сварки, которая позволила создать контактные соединения между единственными атомами углерода графеновой наноленты и золота, которое играло роль токоподводящего электрода.

Для того, чтобы сделать одну химическую связь между атомом углерода и золота, ученые сначала составили подробную карту структуры графеновой ленты с разрешающей способностью в один атом, используя атоммно-силовой микроскоп (atomic force microscopy, AFM) и сканирующий туннельный микроскоп (scanning tunneling microscopy, STM).

Получив на руки настолько подробную карту и установив наконечник туннельного микроскопа в необходимую точку на краю графеновой пленки, ученые подали на наконечник импульс электрического тока определенной формы и напряжения. Этот импульс удалил атом водорода, который до этого служил в качестве "окаймления" графеновой наноленты, а высвободившийся электрон атома углерода тут же связался с электроном атома золота, создав новую прочную химическую связь, выступающую в роли электрического контакта. Используя подобный метод точечной сварки можно, атом за атомом, создать сколь угодно большой электрический контакт между графеном и металлом, который может пропустить через себя достаточно сильный электрический ток.

Но самым существенным в данном достижении является то, что с ученым удалось изобрести метод создания одиночных химических связей с помощью электроники, который абсолютно не нарушает электронную и атомарную структуру графеновой пленки и не изменяет ее электрических и механических свойств. Такая технология может стать ключом к технологиям будущего, которые будут использоваться для изготовления высокоскоростных и малопотребляющих электронных устройств на основе графена и углеродных нанотрубок.