Un nuevo estudio dirigido por el profesor Hyeon Suk Shin en la Escuela de Ciencias Naturales del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST; Ulsan, Corea del Sur) revela una tecnología capaz de fabricar matrices altamente ordenadas de puntos cuánticos de grafeno. Se espera que la nueva tecnología allane el camino para el estudio de muchos otros tipos de dispositivos y fenómenos físicos.

En su estudio, el equipo de investigación demostró una nueva forma de sintetizar GQDs, incrustada dentro de una matriz de nitruro de boro hexagonal (hBN). Por lo tanto, demostraron el uso simultáneo de heteroestructuras en el plano y van der Waals para construir transistores de tunelización vertical de un solo electrón. Sus hallazgos han sido publicados en Nature Communications.

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) han recibido mucha atención de investigación debido a sus propiedades únicas de emisión de fluorescencia. Por lo tanto, se han convertido en una herramienta atractiva para muchas aplicaciones, desde pantallas de vanguardia hasta imágenes médicas. Además, son aplicables a los materiales para la tecnología de comunicación de información cuántica de próxima generación, capaz de procesar información con bajo consumo de electricidad.

Hasta ahora, los GQD se preparan a través de un método de exfoliación química simple, en el que exfolia las hojas de grafeno del grafito a granel; sin embargo, estos métodos no tienen éxito en producir el tamaño deseado de GQD. Esto no solo invita a las impurezas en el borde de los GQD, sino que también impide significativamente el flujo de electrones, lo que dificulta la capacidad de los GQD de exhibir sus propiedades ópticas y eléctricas únicas .

El profesor Shin y su equipo de investigación lograron demostrar una nueva forma de eliminar las impurezas en el borde de los GQD y ajustar el tamaño de los GQD, según se desee. El crecimiento de la heteroestructura GQD-hBN en el plano se logró en un sustrato de dióxido de silicio cubierto por una matriz de nanopartículas de platino (Pt). Luego, esto fue tratado con calor en gas metano. Como resultado, el tamaño de las GQD se decidió de acuerdo con el tamaño de las partículas de Pt, lo que generó GQD altamente ordenadas dentro de la matriz de nitruro de boro hexagonal.

«Dado que el grafeno y el h-BN tienen una estructura similar, fue posible cultivar GQD dentro de la matriz de h-BN», dice Gwangwoo Kim en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST, el primer autor del estudio. «El crecimiento de los GQD incrustados en la hoja hBN está unido químicamente a BN, lo que minimiza las impurezas». Usando la tecnología, el equipo fabricó matrices de GQD uniformes altamente ordenados y pudieron ajustar sus tamaños de 7 a 13 nm. También lograron implementar transistores de túnel de un solo electrón vertical que minimizan las impurezas para mover los electrones de manera estable.

Este estudio fue realizado conjuntamente por el profesor Byeong-Hyeok Sohn de la Universidad Nacional de Seúl y el profesor Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester en el Reino Unido. Fue apoyado por el Centro IBS para Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM) y la beca de investigación del Centro de Electrónica Suave Avanzada bajo el Programa de Investigación de la Frontera Global a través de la Fundación Nacional de Investigación del Ministerio de Ciencia de Corea.

Via: Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST); http://news.unist.ac.kr/novel-technology-for-highly-ordered-arrays-of-graphene-quantum-dot/