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Écriture de circuits sur graphène
À l'aide d'une pointe de microscope à force atomique chauffée, les chercheurs ont dessiné des motifs conducteurs à l'échelle nanométrique sur de l'oxyde de graphène isolant. Cette astuce simple pour contrôler la conductivité de l'oxyde de graphène pourrait ouvrir la voie à la gravure de circuits électroniques dans le matériau en carbone, une avancée importante vers des processeurs informatiques à grande vitesse, à faible consommation et potentiellement moins chers.
Fil chaud: Une pointe AFM chauffée à plus de 150 °C peut graver une surface isolante en oxyde de graphène pour créer des fils nanométriques conducteurs minces.
Le graphène, une feuille de carbone de l'épaisseur d'un atome, est un remplacement prometteur du silicium dans les circuits électroniques, car il transporte les électrons beaucoup plus rapidement. Des chercheurs d'IBM ont déjà fabriqué des transistors, éléments constitutifs des circuits électroniques, avec du graphène qui fonctionnent 10 fois plus vite que leurs homologues en silicium. Mais pour fabriquer ces transistors, les chercheurs doivent d'abord modifier les propriétés électroniques du graphène en le découpant en rubans minces, qui sont ensuite incorporés dans des appareils. Les chercheurs ont fabriqué ces nanorubans par lithographie, avec des procédés à base de solutions chimiques ou en décompressant des nanotubes de carbone.
Dans le nouveau La science papier, des chercheurs du Georgia Institute of Technology et du U.S. Naval Research Laboratory écrivent plutôt de tels nanorubans sur une surface plutôt que de couper du graphène. Les chercheurs partent d'une feuille d'oxyde de graphène, qui ne conduit pas le courant électrique. Lorsqu'ils tirent une pointe AFM chauffée entre 150 °C et 1060 °C à travers la feuille, des atomes d'oxygène sont libérés aux endroits que la pointe touche. Cela laisse des lignes de graphène presque pur qui sont 10 000 fois plus conductrices que l'oxyde de graphène environnant.
C'est une technique rapide, reproductible, c'est une étape, c'est simple, explique Paul Sheehan, qui a dirigé les travaux à la Laboratoire de recherche navale . Au lieu de poser de la résistance et d'essayer de couper le graphène de différentes manières, vous pouvez utiliser la chaleur locale et écrire les lignes exactement où vous le souhaitez. Sheehan dit qu'un ensemble de milliers de pointes AFM pourraient esquisser des circuits sur de l'oxyde de graphène en même temps.
Les méthodes lithographiques pour fabriquer des nanorubans sont lourdes et coûteuses, selon Jing Guo , professeur de génie électrique et informatique à l'Université de Floride à Gainesville. Ces méthodes peuvent également créer des rubans avec des bords rugueux, qui affectent les propriétés électroniques du graphène et donnent lieu à des transistors de mauvaise qualité. C'est une nouvelle façon de [faire des nanorubans] qui est très simple et fiable et potentiellement évolutive à grande échelle, dit-il. Vous avez essentiellement un papier et prenez un crayon pour le gratter, et vous avez une ligne très étroite.
Les chercheurs ont écrit des lignes aussi étroites que 12 nanomètres de diamètre et à des vitesses allant jusqu'à 0,1 millimètre par seconde. La vitesse d'écriture augmente avec la température. Il est passionnant de voir que cette conversion peut être effectuée et contrôlée à l'échelle nanométrique, dit Yu-Ming Lin , chercheur au sein d'un groupe scientifique et technologique à l'échelle nanométrique au Watson Research Center d'IBM à Yorktown Heights, dans l'État de New York. C'est une étape importante pour l'électronique basée sur le graphène.
Commencer avec des feuilles d'oxyde de graphène plutôt que du graphène est plus facile et moins cher, dit Elisa Riedo , professeur de physique à Georgia Tech qui a dirigé les travaux avec Sheehan. Les feuilles de graphène vierge sont généralement obtenues en séparant mécaniquement les flocons du graphite ou en faisant croître du graphène sur des plaquettes de carbure de silicium de deux pouces. L'oxyde de graphène était moins cher à produire sur de grandes surfaces que le graphène, dit Riedo. C'est un chemin différent pour arriver au graphène.
Les chercheurs prévoient de fabriquer des transistors en utilisant leur technique, mais ils pourraient d'abord avoir besoin d'un traitement supplémentaire, selon Yanwu Zhu , chercheur en graphène à l'Université du Texas à Austin. D'une part, ils devront trouver un moyen d'éliminer les restes d'oxyde de graphène des rubans conducteurs.