Bottom-up graphene nanoribbon (GNR) heterojunctions are nanoscale strips of graphene whose electronic structure abruptly changes across a covalently bonded interface. Their rational design offers opportunities for profound technological advancements enabled by their extraordinary structural and electronic properties. Thus far the most critical aspect of their synthesis, the control over sequence and position of heterojunctions along the length of a ribbon, has been plagued by randomness in monomer sequences emerging from step-growth copolymerization of distinct monomers. All bottom-up GNR heterojunction structures created so far have exhibited random sequences of heterojunctions and, while useful for fundamental scientific studies, are difficult to incorporate into functional nanodevices as a result. Here we describe a new hierarchical fabrication strategy that allows deterministic growth of bottom-up GNRs that preferentially exhibit a single heterojunction interface rather than a random statistical sequence of junctions along the ribbon. Such heterojunctions provide a viable new platform that could be directly used in functional GNR-based device applications at the molecular scale. Our hierarchical GNR fabrication strategy is based on differences in the dissociation energies of C-Br and C-I bonds that allow control over the growth sequence of the block-copolymers from which GNRs are formed, and consequently yields a significantly higher proportion of single-junction GNR heterostructures. Scanning tunnelling spectroscopy and density functional theory calculations confirm that hierarchically-grown heterojunctions between chevron GNR (cGNR) and binaphthyl-cGNR segments exhibit straddling Type I band alignment in structures that are only one atomic layer thick and 3 nm in width.


翻译:其合理设计为其超常结构和电子特性所促成的深度技术进步提供了机会。 到目前为止,其合成的最关键方面,即对沿丝带长度的异式聚合物序列和位置的控制,一直受到从不同的单质聚合物的逐步增长联结中产生的单体序列随机性的困扰。迄今为止创建的所有自下而上GNR的直流式聚合结构都展示了螺旋交错结构的随机序列,并且尽管对基础科学研究有用,但它们的理性设计为其特殊的结构和电子特性所促成的深刻技术进步提供了机会。我们在这里描述了一种新的等级配置战略,它允许自下而起的GNRR的序列增长,这种增长偏好显示的是单一的异性交错,而不是在丝带上的随机统计序列。这种螺旋交错式提供了一种可行的新平台,可以直接用于基于GNRR的功能性趋直序计算方法,而在GNR的直径直径比值应用中,而GRR的直径级结构则显示了B的直径级内值结构结构结构结构结构,从而使得GNRR的单个结构结构结构能够显示。

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