石墨烯纳米带性能卓越，为未来的纳米电子技术的提供重要帮助。但是在原子尺度上控制其形状一直是一个障碍，因此成为许多可能的应用困难。

图 自下向上的石墨烯纳米带的分子合成（左）。由此产生的丝带或异质结，有不同的宽度，也就有不同宽度的分子；石墨烯纳米带异质结的扫描透射显微镜图像（右）
现在，在美国能源部（DOE）国家实验室的研究人员劳伦斯伯克利和加利福尼亚大学联合开发出一种新的精密的方法可从预先设计的分子构建块来合成石墨烯纳米带。这样制备的石墨烯纳米带，性能有所增强，如纳米带的带隙可调，非常有利于下一代电子设备的开发。该结果发表在一篇题为“Molecular bandgap engineering of bottom-up synthesized graphene nanoribbon heterojunctions”，发表在Nature Nanotechnology上。“这项工作标致这我们在分子的可控组装上取得重要的一步，由此我们可以合成任何我们所需形状的分子结构”伯克利实验室的资深科学家，加州大学伯克利教授和研究的领导者Mike Crommie说，”这是第一次我们制备可控宽度的分子纳米带。”

纳米带的过去和现在
以前，科学家们可以制备恒定宽度的纳米带。”可做不错的电线或简单的开关元件，”Mike Crommie说，”但其功能很有限。我们试想们能不能在一个单一的纳米带的宽度上做点文章，在原子尺度上控制其结构，从而给纳米带新的性能改变”Felix Fischer，在伯克利大学的化学教授参与了这种分子组成的设计，试图寻求可能性。Felix Fischer和Felix Fischer发现不同宽度的分子可以合成化学键，从而分子宽度可根据一个单一的纳米带长度变化而变化。

“把大小不同分子如同堆积木般”Felix Fischer解释道。每个块都有一个特定的结构，当拼凑在一起他们可形成一个特定的形状。”直到现在，纳米带的合成大多涉及较大面积石墨烯的二维表面的蚀刻。这种技术缺乏精度，每个所产生的纳米带具有独特的结构，随机性很强。另一种方法是用碳纳米管切成纳米带。这种纳米带的边缘比“自上而下”的蚀刻技术要平滑许多，但很难控制，因为碳纳米管具有不同的宽度和手性。

第三种路，由罗马法西尔的瑞士联邦材料实验室科技和他的同事发现，将分子在金属表面的化学融合在一起，形成完全均匀的纳米带。Felix Fischer和Felix Fischer修正这最后的方法，已经表明，如果组成分子的形状变化就产生不同纳米带的形状。

可控量子特性
纳米带的电子所建立量子力学的驻波模式可决定纳米带的电子性质，例如“带隙”。这决定了电子是通过一个纳米带的能量，包括它们的区域积累和它们的区域避免。在过去，科学家们通过在材料中掺杂杂质设计微米尺度的器件的带隙。但对于较小的纳米带，它是可以调整在亚纳米的增量来控制带隙的宽度，这一过程Crommie和Fischer称之为“分子带隙工程”。这种设计可以定制纳米量子力学性能，用于未来的柔性纳米电子器件。

设备的新方向
在这项工作中的主要问题是如何建立有效的设备来控制这些微小的分子结构。小组展示了如何制作不同的纳米带的宽度，但它尚未纳入到实际的电子电路。Crommie和Fischer希望用这种新型的纳米带最终能组建创比目前使用的更小、更强大的新一代元件如二极管，晶体管，和发光二极管。最终，他们希望将带到复杂的电路，产生比今天更好性能的计算机芯片。


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