ננו-חומרים חדשים דמויי-גרפן

חוקרים ממעבדת המחקר הפדראלית בשוויץ הכינו חומרים דמויי-גרפן באמצעות מסלול כימי המנצל משטחי-מתכת

גרפן מהווה חומר מבטיח עבור הפיתוח של התקני ננו-אלקטרוניקה בעתיד. אולם, החיפוש אחר שיטות מדויקות ותעשייתיות להכנת גרפן, וחומרים הנגזרים ממנו שהינם בעלי תכונות אלקטרוניות, עדיין בעיצומו. בכדי להתגבר על מגבלה זו, חוקרים ממעבדת המחקר הפדראלית בשוויץ הכינו חומרים דמויי-גרפן באמצעות מסלול כימי המנצל משטחי-מתכת.

העבודה פורסמה זה עתה בכתב-העת המדעי Nature Chemistry. המדענים שילבו במחקרם זה תצפיות אמפיריות שמקורן במיקרוסקופית מנהור סורק (STM) יחד עם הדמיות מחשב.

רכיבים אלקטרוניים הופכים זעירים יותר ויותר, כאשר רכיבים מיקרו-אלקטרוניים מוחלפים בהדרגה כיום במקביליהם הננו-אלקטרוניים. בעולם הננומטרי, צורן (סיליקון), המהווה היום את החומר הנפוץ ביותר בתחום המוליכים-למחצה, מתחיל להגיע לגבולות השימוש בו, דבר המונע מזעור נוסף והתקדמות טכנולוגית. על-כן, הביקוש לחומרים חדשים שישמשו בתחום האלקטרוניקה גדול. בזכות תכונותיו האלקטרוניות המצוינות של גרפן, שהינו רשת דו-מימדית של פחמן, הוא נחשב כחלופה אפשרית. אולם, יש להתגבר על מספר מהמורות לפני שגרפן יוכל לשמש בתחום המוליכים למחצה. למשל, כיום לא קיימת שיטה הישימה בקלות להכנת חומרים דמויי-גרפן בקנה מידה נרחב.

חוקרים ממעבדת המחקר הפדראלית בשוויץ (Empa, nanotech@surfaces) דיווחו על פיתוחו של מסלול כימי מבוסס-משטח להכנת מקטעים קטנים של גרפן, צורות המכונות ננו-גרפנים. באמצעות שימוש בדגם של חומר-מוצא מסוג פוליאתילן, החוקרים הצליחו לגלות, יחד עם שותפיהם ממכון גרמני (Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz), ומאוניברסיטת ציריך, כיצד מתרחשת התגובה בפרטי פרטים ע”ג משטח נחושת וכיצד אבני-הבניין ניתנים להמרה לננו-גרפנים מישוריים ישירות ע”ג המשטח.

לשם קבלת הממצאים שלהם, החוקרים שילבו תצפיות אמפיריות, ובמיוחד מתוך מיקרוסקופ מנהור סורק, יחד עם הדמיות מחשב. ההדמיות שימשו לקבוע מראש אם תגובה כימית אפשרית תיאורטית, אם לאו, לאור שיקולי האנרגיה הכרוכה בה. התוצאות: מסלול התגובה מורכב משישה שלבים וחמישה תוצרי ביניים. שניים מחומרי-ביניים אלו מיוצבים בעזרת המשטח, כך שניתן לראות אותם כתמונה באמצעות המיקרוסקופ המסוים. המחסומים האנרגטיים שבין חומרי-הביניים השונים מופחתים בזכות השפעה קטליטית של המצע.

אולם, על-מנת שיהיה אפשר לשלבם במעגלים חשמליים, החומרים דמויי-הגרפן חייבים להיות מיוצרים ע”ג משטחים מוליכים למחצה במקום ע”ג משטחי מתכת. החוקרים בחנו את ההדמיות שלהם בכדי לבדוק אם הגישה שלהם תוכל לפעול גם ע”ג משטחים אלו והממצאים מבטיחים ביותר ומראים כי סינתזה המבוססת על מצע הינה דרך אפשרית לייצר ננו-גרפנים לפי בקשה ע”ג מגוון משטחים ומצעים.

הידיעה על המחקר