ジグザグ形状のエッジを持つグラフェンナノ構造は、その優れた電子的および磁気的特性のおかげで、多くの技術的可能性を示しています。 残念ながら、これらのいわゆるグラフェン ナノリボン (GNR) の非常に反応性の高いエッジは、空気にさらされると急速に劣化し、実用的なアプリケーションが制限されます。 スペインとチェコ共和国のチームは、それらを保護するための XNUMX つの新しい戦略を考え出しました。 これらの戦略は、技術的に重要な他のタイプの炭素ベースのナノ構造にも拡張できます。
GNRS は、リボンの長さや幅を調整したり、エッジの構造を変更したり、非炭素原子をドーピングしたりするだけで、電子の挙動を金属のようなものから半導体のようなものに調整できるため、特別です。 これらの技術を使用して、材料を磁性体にすることもできます。 GNR の汎用性により、量子技術を含む多数のアプリケーションのビルディング ブロックとして有望です。
問題は、GNR の例外的な特性がエッジに沿ったジグザグ形状のセグメントの存在に依存しており、これらのセグメント (アームチェア形状のエッジとは異なり) が空気中で不安定であることです。 これは、GNR を真空状態に保つ必要があることを意味し、実際のアプリケーションでの使用が困難になります。
sp3 構成は空気の安定性を高めます
新しい研究では、XNUMX つの研究グループが率いています。 ディマス・G・デ・オテイザ El Entrego のナノマテリアルおよびナノテクノロジー研究センター (CINN)、スペイン; ディエゴ・ペーニャ から シックス, 大学もデ・サンティアゴ・デ・コンポステーラ、および パベル・イェリネック チェコ科学アカデミー物理学研究所 –ジグザグ形のエッジが高密度にあるグラフェンナノリボンの狭いストリップを研究しました。 彼らは、水素化されると、ナノ構造の炭素原子が sp に再ハイブリッド化することを発見しました。3 空気中での安定性を高めます。 この構造は、加熱するだけで元の状態に戻すことができます。 あるいは、研究者らは、ケトン側基でナノ構造を官能化することで、ナノ構造を安定にできることを発見しました。 この酸化された形の材料は、他のさまざまな化学物質に対しても安定しており、水素化と真空条件下でのアニーリングによって元の形に戻すことができます。 どちらの場合も、保護された GNR は元のナノ構造の電子特性を保持しています。
「私たちの保護戦略により、これらの分子を劣化させることなく、不活性な真空環境から取り出すことができます」と Oteyza 氏は語ります。 物理学の世界. 「これらの技術は、さまざまな GNR や炭素ベースのナノ構造、さらにはさまざまな官能基に外挿される可能性があり、これらのジグザグエッジの炭素材料をスケーラブルな実世界のアプリケーションで使用できるようになります。」
押しつぶされたカーボンナノチューブが滑らかなナノリボンを作る
ただし、これが可能になる前に、Oteyza と同僚は克服すべき課題があることを認めています。 「XNUMX つには、『脱保護』ステップにはまだ真空条件が必要です」と Peña 氏は説明します。 「これは、関心のある分子をスケーラブルなアプリケーションに適したデバイス構造に配置できる一方で、デバイスは依然として真空で機能する必要があることを意味します。」
したがって、分子の化学的性質に影響を与えないように GNR ベースのデバイス全体の構造を保護するという追加のステップが必要になります。 「これは、取り組む必要のある主な課題の XNUMX つです」と Jelinek 氏は言います。
この研究は、 自然化学.
