[論文レビュー] A Chemical Route to Graphene for Electronics and Spintronics Device Applications

Santanu Sarkar|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2014

Graphene research and applications参考文献 1被引用数 44

ひとこと要約

本論文では、電子工学およびスピントロニクス向けに、原子スケールで電子的および磁気的性質を調整するためのグラフェンの化学的機能化手法を提示している。デューラック点における反応性の理解と、サブナノメートルスケールのパターン形成を制御することで、ポスト・CMOS技術向けにスケーラブルかつ高精度なグラフェンデバイスのプロセスが可能になる。

ABSTRACT

The development of selective high precision chemical functionalization strategies for device fabrication, in conjunction with associated techniques for patterning graphene wafers with atomic accuracy would provide the necessary basis for a post-CMOS manufacturing technology. This requires a thorough understanding of the principles governing the reactivity and patterning of graphene at the sub-nanometer length scale. This article reviews our quest to delineate the principles of graphene chemistry - that is, the chemistry at the Dirac point and beyond, and the effect of covalent chemistry on the electronic structure, electrical transport and magnetic properties of this low-dimensional material in order to enable the scalable production of graphene-based devices for low- and high-end technology applications.

研究の動機と目的

• サブナノメートルスケールで選択的かつ高精度なグラフェンの化学的機能化の原則を確立すること。
• 共有結合修飾がグラフェンの電子構造、電気的輸送および磁気的性質に与える影響を理解すること。
• 低・高用途の技術的応用に適したスケーラブルかつデバイス適合性の高いグラフェンのプロセスを実現すること。
• ポスト・CMOS製造技術と相性の良い化学的ルートを開発すること。

提案手法

• デューラック点およびその周辺におけるグラフェンの共有結合化学的修飾を用いる。
• 原子スケールの化学的機能化を活用し、電子的および磁気的挙動を制御する。
• グラフェンウェーハにサブナノメートル精度のパターン形成技術を適用する。
• 共有結合が電気的輸送およびスピン特性に与える影響を調査する。
• スケーラブルかつ高精度なデバイス統合を実現するための化学的戦略を活用する。
• 実験的知見と理論的知見を統合し、機能化プロトコルをガイドする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デューラック点における共有結合修飾が、グラフェンの電子構造にどのように影響を及えるか？
• RQ2 サブナノメートルスケールのパターン形成が、グラフェン内の電気的輸送特性に与える影響は何か？
• RQ3 共有結合化学が、グラフェンに磁気モーメントを誘導または変化させる仕組みは何か？
• RQ4 化学的機能化が、電子工学およびスピントロニクス向けにスケーラブルかつ高精度なデバイスプロセスを可能にするか？
• RQ5 原子スケールの精度において、グラフェンの反応性を支配する原則は何か？

主な発見

• デューラック点における共有結合修飾は、グラフェンの電子バンド構造に顕著な変化を引き起こす。
• サブナノメートルスケールのパターン形成により、電気的輸送特性の原子スケールの制御が可能になる。
• 共有結合修飾により、グラフェンに磁気モーメントが誘導され、スピントロニクス応用が可能になる。
• 化学的手法により、デバイス統合に適したスケーラブルかつ選択的機能化が実現できる。
• 本研究は、グラフェンを基盤とする電子工学およびスピントロニクスデバイスの設計に不可欠な基礎的原則を確立した。