Los físicos de Juelich han descubierto efectos inesperados en el grafeno dopado, es decir, el grafeno que se mezcla con átomos extraños. Investigaron muestras del compuesto de carbono enriquecido con el nitrógeno del átomo extraño en diversos materiales de sustrato. Las interacciones no deseadas con estos sustratos pueden influir en las propiedades eléctricasde grafeno. Los investigadores del Instituto Peter Gruenberg han demostrado que el dopaje efectivo depende de la elección del material del sustrato. Los resultados de los científicos se publicaron en la revista Cartas de revisión física .
Más duro que el diamante y más resistente que el acero, ligero, transparente, flexible y extremadamente conductor: el material de malla grafeno se considera el material del futuro. Podría hacer que las computadoras sean más rápidas, los teléfonos móviles más flexibles y las pantallas táctiles más delgadas. PeroHasta ahora, la producción industrial de la red de carbono, que tiene solo un átomo de espesor, ha resultado problemática: en casi todos los casos, se requiere un sustrato. La búsqueda de un material adecuado para este propósito es uno de los principales desafíos en el caminohacia aplicaciones prácticas porque si ocurren interacciones indeseables, pueden causar que el grafeno pierda sus propiedades eléctricas.
Durante algunos años, los científicos han estado probando el carburo de silicio, un compuesto cristalino de silicio y carbono, por su idoneidad como material de sustrato. Cuando el material se calienta a más de 1400 grados Celsius en una atmósfera de argón, el grafeno puede sercrecido en el cristal. Sin embargo, este 'grafeno epitaxial monocapa' muestra - muy leve - interacción con el sustrato, lo que limita su movilidad de electrones.
Para evitar este problema, el hidrógeno se introduce en la interfaz entre los dos materiales. Este método se conoce como intercalación de hidrógeno. Los enlaces entre el grafeno y el material del sustrato están separados y saturados por los átomos de hidrógeno. Esto suprime la electrónicainfluencia del cristal de silicio mientras el grafeno permanece unido mecánicamente con el sustrato: grafeno monocapa casi independiente.
mediciones de alta precisión con rayos X de pie
Para aplicaciones prácticas, las propiedades eléctricas del grafeno deben ser modificables, por ejemplo, mediante la introducción de electrones adicionales en el material. Esto se ve afectado por la "contaminación" dirigida de la red de carbono con átomos extraños. Para este proceso, conocido como dopaje,el grafeno es bombardeado con iones de nitrógeno y luego recocido. Esto da como resultado defectos en la estructura de la red: algunos pocos átomos de carbono, menos del 1%, se separan de la red y se reemplazan con átomos de nitrógeno, que traen electrones adicionales.
Los científicos del Instituto Peter Gruenberg de Juelich - Nanoestructuras funcionales en superficies PGI-3 han estudiado por primera vez si la estructura del material del sustrato influye en este proceso de dopaje y cómo lo hace. En la fuente de radiación sincrotrón Diamond Light Sourceen Didcot, Oxfordshire, Reino Unido, Francois C. Bocquet y sus colegas doparon muestras de grafeno epitaxial y cuasi-monocapa e investigaron sus propiedades estructurales y electrónicas. Mediante campos de ondas de rayos X permanentes, pudieron escanear ambosgrafeno y sustrato con una precisión de unas pocas millonésimas de micrómetro, menos de una décima parte del radio de un átomo.
Los átomos de nitrógeno en la capa de interfaz también son adecuados para dopaje
Sus hallazgos fueron sorprendentes. "Algunos de los átomos de nitrógeno se difundieron del grafeno al carburo de silicio", explica Bocquet. "Anteriormente se creía que el bombardeo de nitrógeno solo afectaba al grafeno, pero no al material del sustrato".
Aunque ambas muestras fueron tratadas de la misma manera, exhibieron diferentes concentraciones de nitrógeno, pero dopaje electrónico casi idéntico: no todos los átomos de nitrógeno se integraron en la red de grafeno, sin embargo, el número de electrones en el grafeno aumentó como si este fuera el casoLa clave de este resultado inesperado radica en el comportamiento diferente de las capas de interfaz entre el grafeno y el sustrato. Para el grafeno epitaxial, nada cambió: la capa de interfaz se mantuvo estable, la estructura no cambió. Sin embargo, en el grafeno cuasi-independiente.algunos de los átomos de hidrógeno entre el grafeno y el sustrato fueron reemplazados por átomos de nitrógeno. Según Bocquet: "Si examina el grafeno casi independiente, encontrará un átomo de nitrógeno debajo de la capa de grafeno en algunos lugares. Estos átomos de nitrógeno, aunqueno son parte del grafeno, pueden dopar la red sin destruirla. Este resultado imprevisto es muy prometedor para futuras aplicaciones en micro y nanoelectrónica."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungszentrum Juelich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :