En un desarrollo que podría revolucionar la circuitería electrónica, un equipo de investigación de la Universidad de Wisconsin en Madison UW y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Ha confirmado una nueva forma de controlar las vías de crecimiento de los nanofibras de grafeno en la superficie deun cristal germainum.
El germanio es un semiconductor y este método proporciona una forma directa de hacer circuitos semiconductores a nanoescala de grafeno, una forma de carbono de un solo átomo de espesor.
El método fue descubierto por científicos de la Universidad de Washington y confirmado en pruebas en Argonne.
"Algunos investigadores han querido hacer transistores a partir de nanotubos de carbono, pero el problema es que crecen en todo tipo de direcciones", dijo Brian Kiraly, de Argonne. "La innovación aquí es que pueden crecer estos a lo largo de circuitos que funcionan parasu tecnología "
Los investigadores de la Universidad de Washington utilizaron la deposición química de vapor para cultivar nanoribones de grafeno en cristales de germanio. Esta técnica hace fluir una mezcla de gases de metano, hidrógeno y argón en un horno tubular. A altas temperaturas, el metano se descompone en átomos de carbono que se depositan en la superficie del germanio para formaruna hoja de grafeno uniforme. Al ajustar la configuración de la cámara, el equipo de UW pudo ejercer un control muy preciso sobre el material.
"Lo que hemos descubierto es que cuando el grafeno crece en germanio, naturalmente forma nanoribones con estos bordes de sillón muy lisos", dijo Michael Arnold, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison. "Los anchos puedenser muy, muy angosto y las longitudes de las cintas pueden ser muy largas, por lo que todas las características deseables que queremos en los nanofibras de grafeno se producen automáticamente con esta técnica "
El grafeno, una lámina de átomos de carbono bidimensional de un átomo de espesor, es conocido por mover electrones a la velocidad del rayo a través de su superficie sin interferencias. Esta alta movilidad hace que el material sea un candidato ideal para una electrónica más rápida y con mayor eficiencia energética.
Sin embargo, la industria de los semiconductores quiere hacer que los circuitos comiencen y detengan los electrones a voluntad a través de espacios de banda, como lo hacen en los chips de computadora. Como semimetal, el grafeno naturalmente no tiene espacios de banda, por lo que es un desafío para la adopción generalizada de la industria.Hasta ahora.
Para confirmar estos hallazgos, los investigadores de la Universidad de Washington se dirigieron a los científicos del personal de Argonne, Brian Kiraly y Nathan Guisinger, en el Centro de Materiales a Nanoescala, una Instalación de Usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE ubicada en Argonne.
"Tenemos algunas capacidades únicas aquí en el Centro de Materiales a Nanoescala", dijo Guisinger. "Nuestras instalaciones no solo están diseñadas para trabajar con todo tipo de materiales, desde metales hasta óxidos, sino que también podemos caracterizar, cultivar y sintetizar materiales"
Los investigadores confirmaron la presencia de nanofibras de grafeno que crecen en el germanio, utilizando una técnica de microscopía de túnel de exploración, una técnica que utiliza electrones en lugar de la luz o los ojos para ver las características de una muestra. Los datos recopilados de las firmas electrónicas permitieron a los investigadores crearimágenes de las dimensiones y orientación del material. Además, pudieron determinar su estructura de banda y el grado en que los electrones se dispersaron por todo el material.
"Estamos analizando las propiedades físicas fundamentales para verificar que, de hecho, es grafeno y muestra algunas propiedades electrónicas características", dijo Kiraly. "Lo que es aún más interesante es que estos nanoribones pueden crecer en ciertas direcciones".en un lado del cristal de germanio, pero no en los otros dos lados "
Para su uso en dispositivos electrónicos, la industria de semiconductores está principalmente interesada en tres caras de un cristal de germanio. Representa estas caras en términos de coordenadas X, Y, Z, donde los átomos individuales se conectan entre sí en una rejilla similar a un diamanteestructura, cada cara de un cristal 1,1,1 tendrá ejes que difieren de uno 1,1,0 a otro 1,0,0.
Investigaciones anteriores muestran que las láminas de grafeno pueden crecer en las caras de cristal de germanio 1,1,1 y 1,1,0. Sin embargo, esta es la primera vez que un estudio registra el crecimiento de nanoribones de grafeno en 1, 0,0 cara
A medida que continúan sus investigaciones, los investigadores ahora pueden centrar sus esfuerzos en exactamente por qué los nanoribones de grafeno autodirigidos crecen en la cara 1,0,0 y determinar si existe alguna interacción única entre el germanio y el grafeno que pueda desempeñar un papel.
Esta investigación se detalla en el documento 'Crecimiento orientado directo de nanoribones de grafeno de sillón en germanio', publicado en Comunicaciones de la naturaleza . El método para este trabajo fue dirigido por el Grupo de Materiales Avanzados para Energía y Electrónica de Michael Arnold en UW-Madison. La confirmación de los hallazgos fue dirigida por Nathan Guisinger y Brian Kiraly en el Centro de Materiales a Nanoescala en el Laboratorio Nacional de Argonne.
Otros coautores incluyen Robert M. Jacobberger, Matthieu Fortin-Deschenes, Pierre L. Levesque, Kyle M. McElhinny, Gerald J. Brady, Richard Rojas Delgado, Susmit Singha Roy, Andrew Mannix, Max G. Lagally, Paul GEvans, Patrick Desjardins, Richard Martel y Mark C. Hersam.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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