Wetenschappers weven atomair dunne draden tot linten

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University zijn erin geslaagd nanodraden van een overgangsmetaal chalcogenide te gebruiken om atomair dunne nanoribbons te maken. Bundels nanodraden werden blootgesteld aan een gas van chalcogeenatomen en hitte, waardoor de draden samensmolten tot smalle stroken. Nanolinten zijn zeer gewild voor geavanceerde elektronische apparaten; gezien de schaalbaarheid van de methode, hoopt het team dat het wijdverbreid zal worden gebruikt in de industriële productie van geavanceerde materialen.

Naarmate circuits kleiner, sneller en energiezuiniger worden, worden wetenschappers geconfronteerd met de steeds moeilijkere uitdaging om de structuur op atomair niveau van de materialen die erin worden gebruikt, te beheersen. Een veelbelovende onderzoeksmethode is het gebruik van ingewikkelde materiaaldraden van slechts enkele atomen breed; een dergelijke structuur is samengesteld uit overgangsmetaalchalcogeniden, een combinatie van overgangsmetalen en chalcogenen, atomen die een kolom delen met zuurstof op het periodiek systeem. Deze atomair dunne nanodraden bezitten eigenschappen die uniek zijn voor hun eendimensionale structuur en zijn zeer gewild voor geavanceerde elektronische apparaten. Maar wat ze in minutie hebben, missen ze in afstembaarheid. Hier komen nanoribbons, smalle, atomair dunne platen om de hoek kijken. Fijne controle over hun breedte leidt bijvoorbeeld tot gecontroleerde variatie in hun elektronische en magnetische eigenschappen.

Er is veel werk verzet om nanolinten van onderaf op te bouwen. Het probleem is echter dat dergelijke methoden niet schaalbaar zijn. Dat is een probleem voor het produceren van grote hoeveelheden voor commerciële apparaten. Nu heeft een team onder leiding van Dr. Hong En Lim en universitair hoofddocent Yasumitsu Miyata van de Tokyo Metropolitan University een schaalbare manier bedacht om nanodraden in nanoribbons te assembleren.

Het team had al pionierswerk verricht om nanodraden in bulkhoeveelheden te produceren. Met behulp van wolfraam-telluride-nanodraden creëerden ze bundels draden die op een vlak substraat werden afgezet. Deze werden blootgesteld aan dampen van chalcogenen zoals zwavel, selenium en tellurium. Met een combinatie van warmte en damp werden de aanvankelijk losse draden in de bundels met succes aan elkaar geweven tot smalle, atomair dunne nanoribbons met een karakteristieke zigzagstructuur. Door de dikte van de originele bundels af te stemmen, konden ze zelfs kiezen of deze linten evenwijdig aan het substraat of loodrecht daarop werden georiënteerd, dankzij een competitie tussen hoe gunstig het is om randen of vlakken evenwijdig aan het bodemoppervlak te hebben. Door het substraat waarop de bundels worden geplaatst af te stemmen, konden ze bovendien bepalen of de linten willekeurig georiënteerd waren of in een enkele richting wijzen. Belangrijk is dat de methode schaalbaar is en kan worden toegepast om de synthese van de fabricage van een paar linten op laboratoriumschaal naar bulksynthese over grote substraatgebieden te brengen.

Het team kon bevestigen dat de linten exotische elektronische eigenschappen hadden die uniek zijn voor hun eendimensionale aard. Dit is niet alleen een grote sprong voorwaarts voor de materiaalwetenschap, maar ook een tastbare stap in de richting van massaproductie van nanolinten in ultramoderne elektronica, opto-elektronica en katalysatoren.