A medida que los componentes electrónicos son cada vez más pequeños, la industria se acerca gradualmente a los límites de lo que se puede lograr utilizando el enfoque tradicional con el silicio como material semiconductor. El grafeno, el material con una serie de propiedades "milagrosas", se considera un posible reemplazoLa película delgada de carbono de un átomo es ultraligera, extremadamente flexible y altamente conductora.
Sin embargo, para poder utilizar el grafeno para componentes electrónicos como los transistores de efecto de campo, el material debe ser "transformado" en un semiconductor. Esto lo lograron los científicos de Empa hace un tiempo utilizando un método recientemente desarrollado -En 2010 presentaron, por primera vez, nanofibras de grafeno GNR de unos pocos nanómetros de ancho con bordes de forma precisa. Para esto, las cintas se cultivaron en una superficie metálica a partir de moléculas precursoras específicamente diseñadas. Cuanto más estrechas son las cintas, más grandes son susbrecha electrónica de banda: es decir, el rango de energía en el que no se pueden ubicar los electrones, que es responsable de garantizar que un interruptor electrónico por ejemplo, un transistor pueda encenderse y apagarse. Los investigadores de Empa también pudieron "dopar""los nanoribones, es decir, proporcionar a las cintas átomos de impurezas como el nitrógeno en ciertos puntos, para influir aún más en las propiedades electrónicas de las cintas de grafeno."
El plano perfecto
En el documento ahora publicado en Naturaleza , el equipo Empa dirigido por Roman Fasel informa, junto con colegas del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Maguncia, encabezado por Klaus Müllen, y de la Universidad Técnica de Dresde, dirigida por Xinliang Feng, cómo logró sintetizar GNR conbordes perfectamente en zigzag utilizando moléculas precursoras de carbono adecuadas y un proceso de fabricación perfeccionado. Los zigzags siguieron una geometría muy específica a lo largo del eje longitudinal de las cintas. Este es un paso importante, porque los investigadores pueden dar diferentes propiedades a las cintas de grafeno a través de la geometría de las cintas.y especialmente a través de la estructura de sus bordes.
Al igual que con el revestimiento de piso, las losetas correctas, o las moléculas precursoras, para la síntesis en la superficie primero tuvieron que ser encontradas para el patrón específico de las cintas de grafeno en zigzag. A diferencia de la química orgánica, que se produce por-Para tener en cuenta los productos en el camino hacia el logro de una sustancia pura, todo tenía que ser diseñado para la síntesis de la superficie de las cintas de grafeno para que solo se produjera un solo producto. Los científicos cambiaron repetidamente de un lado a otro entre simulaciones por computadora y experimentos, paradiseñe la mejor síntesis posible: con moléculas en forma de U, que permitieron crecer juntas para formar una forma de serpiente, y grupos metilo adicionales, que completaron los bordes en zigzag, los investigadores finalmente pudieron crear un "plano"para GNR con bordes en zigzag perfectos. Para verificar que los bordes en zigzag fueran exactos hasta el átomo, los investigadores investigaron la estructura atómica utilizando un microscopio de fuerza atómica AFM. Además, eranpara caracterizar los estados electrónicos de los bordes en zigzag utilizando la espectroscopía de túnel de exploración STS.
Usando el giro interno de los electrones
Y estos muestran una característica muy prometedora. Los electrones pueden girar hacia la izquierda o hacia la derecha, lo que se conoce como el giro interno de los electrones. La característica especial del GNR en zigzag es que, a lo largo de cada borde, todos los electronesgiran en la misma dirección, un efecto que se conoce como acoplamiento ferromagnético. Al mismo tiempo, el llamado acoplamiento antiferromagnético garantiza que los electrones en el otro borde giren en la dirección opuesta. Entonces, los electrones en un ladotodos tienen un estado "giratorio" y en el otro extremo todos tienen un estado "giratorio".
Por lo tanto, dos canales de giro independientes con "direcciones de desplazamiento" opuestas surgen en los bordes de la banda, como una carretera con carriles separados. Vía defectos estructurales intencionalmente integrados en los bordes o, más elegantemente, mediante la provisión de un sistema eléctrico, señales magnéticas u ópticas desde el exterior, las barreras de giro y los filtros de giro pueden diseñarse de tal forma que solo requieran energía para activarse y desactivarse: el precursor de un transistor a nanoescala y también extremadamente eficiente en energía.
Posibilidades como esta hacen que la GNR sea extremadamente interesante para los dispositivos espintrónicos; estos utilizan tanto la carga como la rotación de los electrones. Esta combinación está impulsando a los científicos a pronosticar componentes completamente nuevos, por ejemplo, dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos direccionables que mantienen la información que ha sidoalimentado incluso después de que se haya apagado la alimentación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresden . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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