El grafeno pone los nanomateriales en su lugar

Los nanomateriales ofrecen propiedades ópticas y eléctricas únicas y una integración ascendente dentro de los procesos de fabricación de semiconductores industriales. Sin embargo, también presentan uno de los problemas de investigación más desafiantes. En esencia, la fabricación de semiconductores hoy en día carece de métodos para depositar nanomateriales en ubicaciones de chips predefinidas sin contaminación química. Creemos que el grafeno, uno de los materiales más delgados, resistentes, flexibles y conductores del planeta, podría ayudar a resolver este desafío de fabricación.

Nuestro equipo, el grupo de Ciencia y Tecnología Industrial en IBM Research-Brasil, se centra en la construcción, aplicación y adopción de nanomateriales (que tienen un tamaño de una millonésima de milímetro) para aplicaciones industriales a gran escala. Hasta hace unos 30 años, no era posible ver y manipular átomos y moléculas individuales. Con el desarrollo de nuevas técnicas, podemos comenzar a experimentar y teorizar sobre el impacto del comportamiento de un material a nanoescala.

En nuestro nuevo artículo, "Colocación de nanomateriales dirigida y habilitada con grafeno a partir de una solución para la integración de dispositivos a gran escala", publicado en Nature Communications, nosotros y nuestros socios académicos de colaboración demostramos por primera vez que es posible electrificar el grafeno para que deposite material. en cualquier ubicación deseada en una superficie sólida con una participación casi perfecta de 97 {ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}. El uso del grafeno de esta manera permite la integración de nanomateriales a escala de obleas y con precisión nanométrica.

No solo es posible depositar material en una ubicación específica a nanoescala, también informamos que esto se puede hacer en paralelo, en múltiples sitios de deposición, lo que significa que es posible integrar nanomateriales a escala masiva. Este trabajo ha sido patentado [US9412815B2].

Representación artística de la colocación asistida por campo eléctrico de materiales a nanoescala entre pares de electrodos de grafeno opuestos estructurados en una gran capa de grafeno ubicada sobre un sustrato sólido. Los puntos cuánticos (rojo), los nanotubos de carbono (gris) y las nanohojas de disulfuro de molibdeno (blanco / gris) se muestran como nanomateriales representativos de 0D, 1D y 2D que se pueden ensamblar a gran escala en base a la base de grafeno, asistida por campo eléctrico método de colocación.

El grafeno es el material más delgado capaz de conducir electricidad y propagar campos eléctricos. Los campos eléctricos son lo que usamos para colocar nanomateriales en una hoja de grafeno:la forma y el patrón del grafeno (que diseñamos) determina dónde se colocan los nanomateriales. Esto ofrece un nivel de precisión sin precedentes para la construcción de nanomateriales. Hoy en día, este enfoque se realiza utilizando materiales estándar, principalmente metales como el cobre. Pero el desafío se produce porque es casi imposible eliminar el cobre de los nanomateriales una vez que se han ensamblado, sin afectar el rendimiento o destruir el nanomaterial por completo. El grafeno no solo nos brinda precisión en la colocación de nanomateriales, sino que también se puede quitar fácilmente del nanomaterial ensamblado.

Es importante destacar que el método funciona independientemente de la forma del nanomaterial, por ejemplo, con puntos cuánticos, nanotubos y nanohojas bidimensionales. Hemos utilizado el método para construir transistores que funcionen y para probar su rendimiento. Además de la electrónica integrada, el método se puede utilizar para la manipulación y captura de partículas en tecnología de laboratorio en chip (microfluidos) [US20170292934A1].

El avance en el uso del grafeno para la colocación de nanomateriales podría usarse para crear paneles solares de próxima generación, chips más rápidos en teléfonos celulares y tabletas, o dispositivos cuánticos exploratorios, como un detector o emisor de luz cuántica en chip controlado eléctricamente. Dicho dispositivo puede emitir o detectar fotones individuales, un requisito previo para una comunicación segura.

Evidencia como esta investigación publicada sugiere que el grafeno podría permitir la integración de nanomateriales que los materiales estándar (usados ​​hoy en día) no pueden hacer. Esto podría allanar el camino para su inclusión en la fabricación de productos electrónicos a escala industrial, que es un objetivo clave de uno de los esfuerzos de investigación más ambiciosos a nivel mundial, Graphene Flagship. Al trabajar con socios industriales, esperamos acelerar la generación de conocimiento, el desarrollo tecnológico y la adopción de este método ascendente para la integración de nanomateriales.