Un equipo de investigadores de Dinamarca ha resuelto uno de los mayores desafíos para hacer nano electrónicabasada en grafeno. Los nuevos resultados acaban de publicarse en Nature Nanotechnology.

Durante 15 años, los científicos han intentado explotar el «material milagroso» del grafeno para producir componentes electrónicos a nanoescala. Sobre el papel, el grafeno debe ser excelente para eso: es ultra delgado, de hecho, solo tiene un átomo de espesor y, por lo tanto, es bidimensional, es excelente para la conducción de corriente eléctrica y es ideal para futuras formas de electrónica que sean más rápidas y rápidas. Más eficiente energéticamente. Además, el grafeno consiste en átomos de carbono, de los cuales tenemos un suministro ilimitado.

En teoría, el grafeno puede modificarse para realizar muchas tareas diferentes, por ejemplo, en la electrónica, la fotónica o los sensores, simplemente dibujando pequeños patrones en él, ya que esto altera fundamentalmente sus propiedades cuánticas. Una tarea «simple», que ha resultado ser sorprendentemente difícil, es inducir una brecha de banda, que es crucial para hacer transistores y dispositivos optoelectrónicos. Sin embargo, dado que el grafeno es 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 DTU Physics.

El Centro para el 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 en el material, y permitir que las propiedades del grafeno se adapten. Sin embargo, el equipo de investigadores de DTU y Aalborg experimentó lo mismo que muchos otros investigadores en todo el mundo: no funcionó.

«Cuando crea patrones en un material como el grafeno, lo hace para cambiar sus propiedades de manera controlada, para que coincida con su diseño. Sin embargo, lo que hemos visto a lo largo de los años es que podemos hacer los agujeros, pero no sin ellos. al introducir tanto desorden y contaminación que ya no se comporta como el grafeno. Es un poco similar a hacer una tubería de agua, con un flujo pobre debido a la fabricación basta. Por fuera, puede verse bien. Para la electrónica, eso es obviamente desastroso«, dice Peter Bøggild.

Ahora, el equipo de científicos ha resuelto el problema. Dos postdocs 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 para proteger las propiedades del grafeno.

Luego, utilizaron una técnica llamada litografía de haz de electrones para modelar cuidadosamente la capa protectora de nitruro de boro y grafeno a continuación con una densa variedad de agujeros ultra pequeños. Los agujeros tienen un diámetro de aprox. 20 nanómetros, con solo 12 nanómetros entre ellos, sin embargo, la rugosidad en el borde de los orificios es inferior a 1 nanómetro, o una mil millonésima parte de un metro. Esto permite que fluyan 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 de grafeno y diseñar cómo debe 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 efectos electrónicos cuánticos más sutiles 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 idear algo completamente nuevo, y luego ir al laboratorio y realizarlos en la práctica«, dice Peter Bøggild, continúa:

«Muchos científicos habían abandonado hace mucho tiempo el intento de nanolitografía en grafeno a esta escala, y es una lástima, ya que la nanoestructura es una herramienta crucial para explotar las características más interesantes de la electrónica y la fotónica del grafeno. Ahora hemos descubierto cómo se puede hacer. «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.

Via: https://www.dtu.dk/english/news/nyhed?id=8b78ef7f-00d4-41fe-9740-06e81af2bba0