Una nueva forma de cultivar cintas estrechas de grafeno, una estructura ligera y fuerte de átomos de carbono de un solo átomo de espesor unidos en hexágonos, puede solucionar una deficiencia que ha impedido que el material alcance su máximo potencial en aplicaciones electrónicas. Nanocintas de grafeno,meras mil millonésimas de metro de ancho, exhiben propiedades electrónicas diferentes a las de las láminas bidimensionales del material.
"El confinamiento cambia el comportamiento del grafeno", dijo An-Ping Li, físico del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía. El grafeno en láminas es un excelente conductor eléctrico, pero el grafeno estrechado puede convertir el material en un semiconductor si las cintas sonhecho con una forma de borde específica.
Los esfuerzos anteriores para fabricar nanocintas de grafeno emplearon un sustrato metálico que obstaculizó las útiles propiedades electrónicas de las cintas.
Ahora, científicos de ORNL y la Universidad Estatal de Carolina del Norte informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza que son los primeros en cultivar nanocintas de grafeno sin un sustrato metálico. En cambio, inyectaron portadores de carga que promueven una reacción química que convierte un precursor de polímero en una nanocinta de grafeno. En sitios seleccionados, esta nueva técnica puede crear interfaces entre materiales conDiferentes propiedades electrónicas. Estas interfaces son la base de los dispositivos electrónicos semiconductores, desde circuitos integrados y transistores hasta diodos emisores de luz y células solares.
"El grafeno es maravilloso, pero tiene límites", dijo Li. "En hojas anchas, no tiene un espacio de energía, un rango de energía en un sólido donde no pueden existir estados electrónicos. Eso significa que no se puede girarEncendido o apagado."
Cuando se aplica un voltaje a una hoja de grafeno en un dispositivo, los electrones fluyen libremente como lo hacen en los metales, lo que limita severamente la aplicación del grafeno en la electrónica digital.
"Cuando el grafeno se vuelve muy estrecho, crea una brecha de energía", dijo Li. "Cuanto más estrecha es la cinta, más ancha es la brecha de energía".
En nanocintas de grafeno muy estrechas, con un ancho de un nanómetro o incluso menos, la forma en que terminan las estructuras en el borde de la cinta también es importante. Por ejemplo, cortar grafeno a lo largo del lado de un hexágono crea un borde que se asemeja a un sillón;este material puede actuar como un semiconductor. La extracción de triángulos del grafeno crea un borde en zigzag, y un material con comportamiento metálico.
Para cultivar nanocintas de grafeno con un ancho controlado y una estructura de bordes a partir de precursores de polímeros, los investigadores anteriores habían utilizado un sustrato metálico para catalizar una reacción química. Sin embargo, el sustrato metálico suprime los estados de los bordes útiles y reduce la banda prohibida deseada.
Li y sus colegas se propusieron deshacerse de este sustrato metálico problemático. En el Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en ORNL, utilizaron la punta de un microscopio de efecto túnel para inyectar portadores de carga negativa electrones o portadores de carga positiva "agujeros" para tratar de desencadenar la reacción química clave. Descubrieron que solo los agujeros la desencadenaban. Posteriormente pudieron hacer una cinta de solo siete átomos de carbono de ancho, menos de un nanómetro de ancho- con bordes en la conformación del sillón.
"Descubrimos el mecanismo fundamental, es decir, cómo la inyección de carga puede reducir la barrera de reacción para promover esta reacción química", dijo Li. Moviendo la punta a lo largo de la cadena del polímero, los investigadores pudieron seleccionar dónde desencadenaron esta reacción y convertirun hexágono de la celosía de grafeno a la vez.
A continuación, los investigadores harán heterouniones con diferentes moléculas precursoras y explorarán las funcionalidades. También están ansiosos por ver cuánto tiempo pueden viajar los electrones en estas cintas antes de dispersarse, y lo compararán con una nanocinta de grafeno hecha de otra manera y conocida por conducir electronesextremadamente bien. El uso de electrones como fotones podría proporcionar la base para un nuevo dispositivo electrónico que podría transportar corriente prácticamente sin resistencia, incluso a temperatura ambiente.
"Es una forma de adaptar las propiedades físicas para aplicaciones energéticas", dijo Li. "Este es un ejemplo excelente de escritura directa. Puede dirigir el proceso de transformación a nivel molecular o atómico". Además, el proceso podría ampliarsey automatizado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Oak Ridge . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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