日本高级科学技术研究院利用氦离子束显微技术成功制造大块悬浮石墨烯纳米网

日本先进科学技术研究所(JAIST)的研究人员通过氦离子束显微技术成功地制造出了大块悬浮石墨烯纳米网。在长1.2μm、宽500μm的悬浮石墨烯上均匀地形成了直径6纳米的纳米孔。通过系统地控制间距(纳米孔中心之间的距离)从15nm到50nm,实现了一系列稳定的石墨烯纳米网状器件。这为研究石墨烯纳米网的内在特性提供了一种实用的方法,有助于气体传感、声子工程和量子技术的应用。

石墨烯以其优异的电、热、光性能,在未来十年有望应用于许多领域。它也是替代硅构建下一代电子电路的潜在候选材料。然而,在没有带隙的情况下,要用石墨烯做场效应晶体管(FET)并不简单。研究人员尝试将石墨烯片切割成一小块石墨烯纳米带状的石墨烯片,并成功观察到带隙开度。然而,石墨烯纳米带的电流太低,无法驱动集成电路。在这种情况下,通过在石墨烯上引入周期性纳米孔(也称为非常小的石墨烯纳米带阵列)来指出石墨烯纳米网格。

由刘发勇博士和三田弘教授领导的研究团队与日本先进工业技术研究院(AIST)的研究人员合作,证明了大面积悬浮石墨烯纳米网格可以通过氦离子束显微术快速实现,其纳米孔直径小于10纳米,间距控制良好。与慢速透射电镜成像相比,氦离子束铣削技术克服了速度限制,同时提供了较高的成像分辨率。通过初步的电学测量,发现石墨烯纳米网热激活能随着石墨烯纳米材料孔隙率的增加而呈指数级增长,这立即为石墨烯纳米材料的带电热成像提供了新的方法。这为带隙工程提供了一种超越传统纳米带隙法的新方法。该团队计划继续探索石墨烯纳米网状物在声子工程的应用方向。

悬浮石墨烯纳米网

从理论上讲,可以在原有的悬浮石墨烯上生成多种周期性图案,从而将器件的特性调整为特殊应用的方向,特别是纳米级热管理。MIZUTA实验室目前正在开发基于石墨烯电学和热学特性器件,用于气体传感器和热整流器等基础物理和潜在的应用。其目的是利用石墨烯来构建一个绿色世界。

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