La estructura electrónica inusual de Graphene permite que este material extraordinario rompa muchos récords de fuerza, electricidad y conducción de calor. Físicos del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos PCS, en colaboración con el Instituto de Investigación para Estándares y Ciencia KRISS,utilizó un modelo para explicar la estructura electrónica del grafeno medida por una nueva plataforma espectroscópica. Estas técnicas, publicadas en la revista Nano Letters, podrían promover futuras investigaciones sobre mediciones cuánticas estables y precisas para la nueva electrónica 2D.
Recientemente, el interés en los materiales 2D ha aumentado exponencialmente tanto en la academia como en la industria. Estos materiales están hechos de láminas extremadamente delgadas, que tienen diferentes propiedades físicas en comparación con los materiales 3D convencionales. Además, cuando se apilan diferentes hojas 2D en la parte superior de cadaotros, emergen nuevas propiedades eléctricas, ópticas y térmicas. Uno de los materiales 2D más prometedores y más estudiados es el grafeno: una sola hoja de átomos de carbono. Para estudiar las propiedades electrónicas del grafeno de una o dos capas, el equipo construyóun nanodispositivo con grafeno intercalado entre dos capas de un material aislante conocido como nitruro de boro hexagonal hBN. En la parte superior de este dispositivo colocaron grafito como electrodo. El grafito está compuesto esencialmente por cientos de miles de capas de grafeno. La capa inferior consistíade una capa de silicio y una de sílice.
Al ajustar los voltajes aplicados a través del grafito y el silicio, los científicos midieron los cambios en la conductancia del grafeno, que refleja sus propiedades electrónicas. Los electrones del grafeno tienen una estructura de energía particular, representada por el llamado cono de Dirac,que en realidad está formado por dos conos que parecen un reloj de arena, con solo un punto infinitamente pequeño en el medio Punto de Dirac. Puedes pensarlo como un vaso de cóctel inusual con forma de reloj de arena, donde la bebida cumple la función del grafenoElectrones: a una temperatura cercana a cero Kelvin -273 grados Celsius, los electrones se empaquetan en los estados de energía más bajos disponibles y llenan el vidrio de doble cono de abajo hacia arriba, hasta alcanzar un cierto nivel de energía, llamado nivel de Fermi.Aplicar un voltaje negativo a través de las capas de silicio y grafito es equivalente a beber del vidrio, mientras que un voltaje positivo tiene el mismo efecto que agregar líquido al vidrio.En cuanto a las cargas, los científicos podrían deducir la estructura electrónica del grafeno siguiendo el nivel de Fermi.En particular, notaron que cuando el voltaje aplicado al grafito es de alrededor de 350 milivoltios, hay una caída en la medición de conductancia, por lo que el nivel de Fermi coincide con el punto de Dirac.Esta es una propiedad bien conocida del grafeno de una sola capa.
Finalmente, las propiedades eléctricas cambian nuevamente cuando se aplica un campo magnético a la capa única de grafeno. En este caso, en lugar de un vaso de cóctel de vidrio de arena, la energía de los electrones es más similar a una escalera en la que pueden estar los electrones de energías crecientesencontrado en los peldaños superiores. Los espacios entre los peldaños de la escalera están desprovistos de electrones, mientras que los escalones se llenan de electrones de abajo hacia arriba. Curiosamente, los físicos teóricos del SII reprodujeron con éxito los datos obtenidos por los científicos de KRISS.peldaños, técnicamente conocidos como niveles de Landau. Cada nivel se distingue claramente por el bajo ruido de fondo.
De hecho, los científicos también podrían hacer coincidir los datos teóricos y experimentales relativos a las propiedades electrónicas del grafeno bicapa. El grafeno de doble capa, tiene un comportamiento de conductancia diferente con una caída más amplia, mejor conocida como brecha de energía. En presencia de una corriente eléctricacampo perpendicular a él, esta brecha de energía hace que el grafeno de doble capa sea más similar a los semiconductores sintonizables actuales ". Utilizamos un modelo intuitivo para reproducir la medición experimental y dimos una explicación teórica de por qué estas configuraciones de energía se forman con grafeno de capa simple y doble,"explica MYOUNG Nojoon, primer coautor de este estudio." Este modelo proporciona un indicador entre voltajes y energía en mediciones espectroscópicas, y creemos que este es un paso fundamental para estudiar las propiedades electrónicas del grafeno ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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