Un grupo de investigadores completó el origami de grafeno atómicamente preciso y con diseño tradicional, señala un documento sobre el estudio publicado recientemente en la revista «Science».

Los estudios anteriores de varios grupos de investigación en todo el mundo pudieron demostrar el plegado de grafito en forma de origami con una sonda de escaneo, pero no pudieron determinar dónde o cómo ocurrirían los pliegues. Ahora, al reemplazar el grafito con nanoislands de grafeno de alta calidad, los investigadores en China y los EE. UU. Han aprovechado el control a nivel atómico de STM en una herramienta de nanofabricación de origami con un impresionante nivel de precisión.

«Similar al origami de papel convencional, nuestro trabajo actual ha permitido crear nuevas nanoestructuras complejas mediante el diseño personalizado de plegado de materiales de capa atómica«, dice Hong-Jun Gao, investigador de la Academia de Ciencias de China (CAS) que dirigió este Ultimo trabajo. Junto a Shixuan Du y colaboradores en CAS, así como la Universidad de Vanderbilt y la Universidad de Maryland en los EE. UU., Gao informa cómo pueden doblar capas individuales de grafeno con la dirección del pliegue especificado en un rango de alrededor del ángulo mágico a 1.1 ° (donde las observaciones del comportamiento de electrones correlacionado han estado causando tal agitación) a 60 °, con una precisión de 0.1 °. Sus manipulaciones STM también dejan estructuras tubulares en los bordes que tienen características electrónicas de estructura unidimensional similares a los nanotubos de carbono .

«Hemos demostrado que a través de un origami de grafeno tan simple podemos darnos cuenta de varias estructuras de grafeno como los nanotubos de carbono y sus uniones intramoleculares, que generalmente podemos aprender solo de los libros de texto«, agrega. Enumeran los superconductores, los semimetales de Weyl y los materiales ferromagnéticos entre los campos que esperan beneficiarse de la precisión sin precedentes de su técnica de nanofabricación de origami de grafeno.

La clave del éxito de su técnica es la calidad del grafeno que pliegan. Como resultado, la mayoría de los experimentos anteriores que intentaron usar STM en origami fueron en grafito con poco control sobre los pliegues. Como Gao señala: «Todos sabemos que es más fácil hacer que el arte de doblar papel con una sola hoja de papel, en comparación con las pilas de papeles plegables».

Este no es el primer informe de manipulación de grafeno por sonda de exploración. Hannes C. Schniepp y sus colegas informaron que el grafeno se dobló con una punta de microscopía de fuerza atómica en 2008. Su grafeno se funcionalizó y el trabajo concluyó que “el comportamiento de doblado y doblado de las hojas está dominado por líneas de pliegues (o incluso fallas) preexistentes que consisten en defectos y / o grupos funcionales «. El trabajo posterior de Kim Akius y Jan van Ruitenbeek en la Universidad de Leiden en los Países Bajos también operaba con grafeno, pero » utilizaba el preenvasado de una nueva manera, como una plantilla para doblar «. Gao y sus colegas operan exclusivamente en Grafeno prístino, dejando que el STM solo dicte las direcciones y ángulos de plegado.

Para producir nanoislas gruesas de un solo átomo bien controladas para sus experimentos, los investigadores bombardearon grafito pirolítico altamente orientado con iones de hidrógeno durante 10 ciclos antes de recocerlos. Todo el procedimiento lleva alrededor de 10 horas en el vacío, pero como señalaron los investigadores, una vez que estos materiales de alta calidad están listos, “la tasa de éxito del origami de grafeno con la ayuda de STM es muy alta y reproducible como se demuestra en nuestro informe. »

Comenzar desde una sola capa de grafeno también les permite crear diferentes nanoestructuras de origami simplemente modificando la capa atómica, como hacer una isla de grafeno bicristal. En el trabajo futuro, Gao y sus colegas esperan extender su demostración de la técnica a otros materiales 2D como MoS2 y nitruro de boro hexagonal.

Las firmas del comportamiento de los electrones deslocalizados en las propiedades electrónicas de sus nanoestructuras es evidencia de la alta calidad del cristal retenido a lo largo de las manipulaciones. En las estructuras de grafeno bicapa retorcidas producidas por el plegado, los investigadores ya demuestran las superredes de muaré que han atraído tanto estudio para comprender las propiedades electrónicas y magnéticas sintonizadas en el grafeno bicapa cerca del ángulo mágico.

Además, las mediciones de corriente versus voltaje de las estructuras tubulares en el borde revelan las singularidades de Van Hove características de las estructuras unidimensionales. Los investigadores también encuentran que la dirección del pliegue afecta las propiedades electrónicas de las estructuras tubulares al igual que los nanotubos de carbono, y detectan efectos como los cambios máximos que pueden atribuir a las interacciones con el sustrato.

«Esta [técnica] puede permitirnos explorar y probar de inmediato algunos conceptos nuevos de física y dispositivos predichos que de otro modo no eran factibles en el pasado debido a desafíos de fabricación«, agrega.

Via: https://science.sciencemag.org/content/365/6457/1036