Настоящее исследование, опубликованное в журнале ACS Nano подробно описывает возможность точного синтеза топологических квантовых точек графеновых нанолент. Процедура синтеза воспроизводима, а свойства могут быть предопределены, что открывает широкие возможности для развития футуристической наноэлектроники.

Исследование: рационально сконструированные топологические квантовые точки в восходящих графеновых нанолентах. Изображение предоставлено: Rost9 / Shutterstock.com

Графеновые наноленты представляют собой полоски однослойного графена небольшой длины. Наноленты графена продемонстрировали привлекательные физические, химические, электронные и механические свойства по сравнению с другими наноматериалами семейства графена.

Высокая подвижность носителей и значительная ширина запрещенной зоны делают их пригодными для различных электронных приложений.

Реализация графеновых нанолент с помощью восходящего подхода:

Рост графеновых нанолент снизу вверх дал возможность для реализации многих других структур нанолент с широким диапазоном электронных и оптических свойств. Эти разнообразные свойства обусловлены рациональной конструкцией прекурсоров, которая приводит к вариациям ширины, структуры и присадок.

Квантовые точки проявляют свойства, зависящие от размера и формы составляющих графеновых нанолент, которые могут быть созданы с помощью гетероструктур графеновых нанолент. Свойства квантовых точек в основном зависят от случайно связанных сегментов произвольной длины.

С другой стороны, детерминированные квантовые точки из графеновых нанолент могут быть созданы посредством иерархического роста и стерически принудительной селективной сополимеризации.

Недавние открытия различных топологических фаз графеновых нанолент и развитие экспериментальной и теоретической инженерии привели к разработке и производству электронных структур на основе графеновых нанолент.

Зависимость свойств графеновых нанолент:

Вся периодическая структура графеновой наноленты обладает топологической классификацией, которая классифицируется на основе конечной элементарной ячейки и связанных симметрий.

Согласно принципу соответствия объемных границ, граница раздела между двумя графеновыми нанолентами, имеющими разные топологические инварианты, будет содержать топологическую нулевую моду. Это защищенное состояние, которое находится в середине или около середины запрещенной зоны в энергетической зоне и может быть связано с локализованным спином при определенных условиях.

Будет ли управляемая гибридизация топологических нулевых мод?

Соседние нулевые моды, если они будут созданы и управляемо гибридизированы, могут привести к жизнеспособной стратегии, в которой могут быть реализованы малозонные полупроводниковые и металлические графеновые наноленты.

Кроме того, эти изолированные топологические нулевые полосы должны обеспечить основу для реализации топологических квантовых точек, встроенных в структуры протяженных графеновых нанолент, которые находят широкое применение в туннельных полевых транзисторах.

В настоящем исследовании исследователи сообщили о росте и электронных характеристиках квантовых точек графеновых нанолент, содержащих пару топологических состояний нулевой моды. Эти топологические состояния нулевой моды возникли на границе раздела между кресельными графеновыми нанолентами шириной от семи до девяти атомов (7/9-AGNR).

Предшественник, используемый для 9-AGNR, был специально разработан для жизнеспособной сополимеризации с бифункциональным линкером в упорядоченные наноструктуры, в результате чего образуются чистые сегменты 7- и 9-AGNR, соединенные определенными интерфейсами.

В этом исследовании был разработан метод поэтапного синтеза, основанный на нанесении бифункционального линкера с мономером для 7- или 9-AGNR на поверхность золота в условиях сверхвысокого вакуума.

Этот метод создает воспроизводимые гетеропереходы, разделенные фиксированным расстоянием, и обеспечивает создание топологических нулевых мод. Эти моды гибридизуются с определенными сегментами AGNR, амплитуда перескока электронов которых может быть предопределена.

Значение специфического синтетического подхода:

Этот подход к созданию топологических квантовых точек с помощью воспроизводимых методологий обладает такой же электронной структурой в отличие от квантовых точек из графеновых нанолент, созданных с помощью недетерминированных подходов.

Характеристика двух разновидностей топологических квантовых точек графеновой наноленты с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии показала, что расщепление нулевой моды в топологических квантовых точках зависит от ширины сегментов графеновой наноленты.

Первопринципные расчеты по теории функции плотности (DFT) и сильной связи (TB) предоставили дополнительную информацию о прыжках и расщеплении волновой функции состояний топологических квантовых точек.

Будущие перспективы исследования:

Настоящее исследование, таким образом, обеспечивает основу для создания будущих центров магнитного спина, связь которых может быть предопределена с помощью аналогичных синтетических подходов.

Нульмерные топологические состояния в графеновых нанолентах также предоставляют платформу для изучения топологического поведения и магнетизма в наноструктурах, что в дальнейшем открывает возможности для различных применений наноэлектроники в сенсорах, транзисторах и кубитах.

Ссылка

Дэниэл Дж. Риццо, Цзинвэй Цзян, Дхарати Джоши, Грегори Вебер, Кристофер Броннер, Ребекка А. Дурр, Питер Х. Якобсе, Тинг Цао, Алин Калайджян, Генри Родригес, Пол Батлер, Тинг Чен, Стивен Г. Луи, Феликс Р. Фишер и Майкл Ф. Кромми. (2021) Рационально сконструированные топологические квантовые точки в восходящих графеновых нанолентах. САУ Нано. Доступно по адресу: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09503

Дополнительная литература

Ван, Х., Ван, Х.С., Ма, К., Чен, Л., Цзян, К., Чен, К., Се, X., Ли, А.П. и Ван, X. (2021) Графеновые наноленты для квантовой электроники. Nature Reviews Physics стр. 1–12. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/s42254-021-00370-x.

Кай, Дж., Руффье, П., Джаафар, Р., Биери, М., Браун, Т., Бланкенбург, С., Муот, М., Зейтсонен, А.П., Салех, М., Фенг, X . и Мюллен, К. (2010) Производство графеновых нанолент снизу вверх с атомарной точностью. Nature 466 (7305), pp.470-473. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/nature09211.[19459007impression

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.