Research Abstract


Wafer-scale fabrication and growth dynamics of suspended graphene nanoribbon arrays

2016年6月2日 Nature Communications 7 : 11797 doi: 10.1038/ncomms11797


原子1層分の厚さで構成される原子層物質に関して、従来用いられている電気・光学的自由度に加え、力学的自由度が利用可能となることで、さまざまな光・電気・機械的物性を調べる新たなプラットフォームやこれらを利用した新概念デバイスの実現が期待できる。しかし、架橋した構造の原子層物質を大規模に集積化する技術はこれまで開発されていない。今回我々は、独自の合成手法により非常に高い収率(98%以上)での架橋グラフェンナノリボンアレーのウェハースケールボトムアップ合成(2 × 2 cm2の基板に100万本以上のグラフェンナノリボン)に成功した。偏光ラマン測定によって、このグラフェンナノリボンのエッジ構造は比較的均一で、ジグザク型に近い配向が支配的であることがわかった。さらに、実験、分子動力学シミュレーション、相図解析を用いた理論計算を組み合わせた包括的な研究を通して、架橋グラフェンナノリボンの有望な成長モデルの導出にも成功した。今回の結果は、これまで基礎物性研究に留まっていたグラフェンナノリボンの研究を産業的応用に向けた新たな研究段階へ推し進めるのに非常に大きな貢献が期待できる。

Hiroo Suzuki, Toshiro Kaneko, Yasushi Shibuta, Munekazu Ohno, Yuki Maekawa & Toshiaki Kato

Corresponding Author

加藤 俊顕

Adding a mechanical degree of freedom to the electrical and optical properties of atomically thin materials can provide an excellent platform to investigate various optoelectrical physics and devices with mechanical motion interaction. The large scale fabrication of such atomically thin materials with suspended structures remains a challenge. Here we demonstrate the wafer-scale bottom–up synthesis of suspended graphene nanoribbon arrays (over 1,000,000 graphene nanoribbons in 2 × 2cm2 substrate) with a very high yield (over 98%). Polarized Raman measurements reveal graphene nanoribbons in the array can have relatively uniform-edge structures with near zigzag orientation dominant. A promising growth model of suspended graphene nanoribbons is also established through a comprehensive study that combined experiments, molecular dynamics simulations and theoretical calculations with a phase-diagram analysis. We believe that our results can contribute to pushing the study of graphene nanoribbons into a new stage related to the optoelectrical physics and industrial applications.