Durante 15 años, los científicos han intentado explotar el "material milagroso" del grafeno para producir electrónica a nanoescala. Sobre el papel, el grafeno debería ser excelente precisamente para eso: es ultradelgado, de hecho, solo tiene un átomo de espesor y, por lo tanto, dos.dimensional, es excelente para conducir corriente eléctrica y debería ser ideal para formas futuras de electrónica que sean más rápidas y más eficientes energéticamente. Además, el grafeno está formado por átomos de carbono, de los cuales tenemos un suministro ilimitado.
En teoría, el grafeno se puede alterar para realizar muchas tareas diferentes dentro de, por ejemplo, electrónica, fotónica o sensores simplemente dibujando pequeños patrones en él, ya que esto altera fundamentalmente sus propiedades cuánticas. Una tarea "simple", que resultó ser sorprendentementedifícil, es inducir una banda prohibida, que es crucial para fabricar transistores y dispositivos optoelectrónicos. Sin embargo, dado que el grafeno tiene solo un átomo de espesor, todos los átomos son importantes e incluso pequeñas irregularidades en el patrón pueden destruir sus propiedades.
"El grafeno es un material fantástico, que creo que jugará un papel crucial en la fabricación de nuevos componentes electrónicos a nanoescala. El problema es que es extremadamente difícil diseñar las propiedades eléctricas", dice Peter Bøggild, profesor de Física DTU.
El Centro de Grafeno Nanoestructurado en DTU y la Universidad de Aalborg se estableció en 2012 específicamente para estudiar cómo se pueden diseñar las propiedades del grafeno, por ejemplo, haciendo un patrón muy fino de agujeros. Esto debería cambiar sutilmente la naturaleza cuántica de los electrones enel material y permiten adaptar las propiedades del grafeno. Sin embargo, el equipo de investigadores de DTU y Aalborg experimentó lo mismo que muchos otros investigadores en todo el mundo: no funcionó.
"Cuando haces patrones en un material como el grafeno, lo haces para cambiar sus propiedades de forma controlada, para que coincidan con tu diseño. Sin embargo, lo que hemos visto a lo largo de los años es que podemos hacer los agujeros,pero no sin introducir tanto desorden y contaminación que ya no se comporta como el grafeno. Es un poco similar a hacer una pipa de agua, con un caudal deficiente debido a la fabricación tosca. En el exterior, puede verse bien. Para la electrónica,eso es obviamente desastroso ", dice Peter Bøggild.
Ahora, el equipo de científicos ha resuelto el problema. Dos postdoctorados de DTU Physics, Bjarke Jessen y Lene Gammelgaard, primero encapsularon grafeno dentro de otro material bidimensional: nitruro de boro hexagonal, un material no conductor que se usa a menudo paraprotegiendo las propiedades del grafeno.
A continuación, utilizaron una técnica llamada litografía por haz de electrones para modelar cuidadosamente la capa protectora de nitruro de boro y grafeno debajo con una densa matriz de orificios ultra pequeños. Los orificios tienen un diámetro de aproximadamente 20 nanómetros, con solo 12 nanómetros entre ellosSin embargo, la rugosidad en el borde de los orificios es inferior a 1 nanómetro o una milmillonésima parte de un metro. Esto permite que fluya 1000 veces más corriente eléctrica de lo que se había informado en estructuras de grafeno tan pequeñas.
"Hemos demostrado que podemos controlar la estructura de la banda del grafeno y diseñar cómo debería comportarse. Cuando controlamos la estructura de la banda, tenemos acceso a todas las propiedades del grafeno, y para nuestra sorpresa descubrimos que algunos de los elementos cuánticos más sutileslos efectos electrónicos sobreviven a los patrones densos, lo que es extremadamente alentador. Nuestro trabajo sugiere que podemos sentarnos frente a la computadora y diseñar componentes y dispositivos, o soñar algo completamente nuevo, y luego ir al laboratorio y realizarlos enpráctica ", dice Peter Bøggild. Continúa :
"Hace mucho tiempo que muchos científicos habían abandonado el intento de nanolitografía en grafeno a esta escala, y es una lástima, ya que la nanoestructuración es una herramienta crucial para explotar las características más interesantes de la electrónica y la fotónica del grafeno. Ahora hemos descubierto cómo puede serhecho; se podría decir que la maldición ha desaparecido. Hay otros desafíos, pero el hecho de que podamos adaptar las propiedades electrónicas del grafeno es un gran paso hacia la creación de nuevos dispositivos electrónicos con dimensiones extremadamente pequeñas ", dice Peter Bøggild.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Dinamarca . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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