Un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad de Columbia ha desarrollado una técnica para manipular la conductividad eléctrica del grafeno con compresión, acercando el material un paso más para que sea un semiconductor viable para su uso en los dispositivos electrónicos actuales.
"El grafeno es el mejor conductor eléctrico que conocemos en la Tierra", dijo Matthew Yankowitz, científico investigador postdoctoral en el departamento de física de Columbia y primer autor del estudio. "El problema es que es demasiado bueno para conducir electricidad, y nosotrosno sabemos cómo detenerlo de manera efectiva. Nuestro trabajo establece por primera vez una ruta para lograr una brecha de banda tecnológicamente relevante en el grafeno sin comprometer su calidad. Además, si se aplica a otras combinaciones interesantes de materiales 2D, la técnica que utilizamos puedeconducir a nuevos fenómenos emergentes, como el magnetismo, la superconductividad y más ".
El estudio, financiado por la National Science Foundation y la David and Lucille Packard Foundation, aparece en la edición del 17 de mayo de Naturaleza .
Las propiedades electrónicas inusuales del grafeno, un material bidimensional 2D compuesto por átomos de carbono unidos hexagonalmente, han entusiasmado a la comunidad física desde su descubrimiento hace más de una década. El grafeno es el material más fuerte y más delgado que existe.También resulta ser un conductor de electricidad superior: la disposición atómica única de los átomos de carbono en el grafeno permite que sus electrones viajen fácilmente a una velocidad extremadamente alta sin la posibilidad significativa de dispersarse, ahorrando energía preciosa que normalmente se pierde en otros conductores.
Pero apagar la transmisión de electrones a través del material sin alterar o sacrificar las cualidades favorables del grafeno no ha tenido éxito hasta la fecha.
"Uno de los grandes objetivos en la investigación de grafeno es encontrar una manera de mantener todas las cosas buenas sobre el grafeno pero también crear una brecha de banda: un interruptor de encendido y apagado eléctrico", dijo Cory Dean, profesor asistente de física enLa Universidad de Columbia y el investigador principal del estudio. Explicó que los esfuerzos anteriores para modificar el grafeno para crear una brecha de banda así han degradado las propiedades intrínsecamente buenas del grafeno, haciéndolo mucho menos útil. Sin embargo, una superestructura es prometedora. Cuando el grafeno se intercala entrecapas de nitruro de boro BN, un aislante eléctrico atómicamente delgado, y los dos materiales están rotativamente alineados, se ha demostrado que el BN modifica la estructura electrónica del grafeno, creando una brecha de banda que permite que el material se comporte como un semiconductor- es decir, tanto como conductor eléctrico como aislante. Sin embargo, la separación de banda creada por esta estratificación sola, no es lo suficientemente grande como para ser útil en la operación de dispositivos de transistores eléctricosa temperatura ambiente.
En un esfuerzo por mejorar esta brecha de banda, Yankowitz, Dean y sus colegas en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, la Universidad de Seúl en Corea y la Universidad Nacional de Singapur, comprimieron las capas de la estructura de BN-grafeno ydescubrió que la aplicación de presión aumentaba sustancialmente el tamaño de la banda prohibida, bloqueando más efectivamente el flujo de electricidad a través del grafeno.
"A medida que exprimimos y aplicamos presión, la brecha de banda crece", dijo Yankowitz. "Todavía no es una brecha lo suficientemente grande, un interruptor lo suficientemente fuerte, para usarse en dispositivos de transistores a temperatura ambiente, pero hemos ganado unEn primer lugar, una mejor comprensión de por qué existe esta brecha de banda, cómo se puede sintonizar y cómo podemos enfocarla en el futuro. Los transistores son omnipresentes en nuestros dispositivos electrónicos modernos, así que si podemos encontrar una manera de usar el grafeno comoun transistor tendría aplicaciones generalizadas "
Yankowitz agregó que los científicos han estado realizando experimentos a altas presiones en materiales tridimensionales convencionales durante años, pero nadie había descubierto una forma de hacerlo con materiales 2D. Ahora, los investigadores podrán probar cómo aplicar varios gradosde presión cambia las propiedades de una amplia gama de combinaciones de materiales 2D apilados.
"Cualquier propiedad emergente que resulte de la combinación de materiales 2D debería hacerse más fuerte a medida que los materiales se comprimen", dijo Yankowitz. "Podemos tomar cualquiera de estas estructuras arbitrarias ahora y exprimirlas y la fuerza del efecto resultante es ajustable.Hemos agregado una nueva herramienta experimental a la caja de herramientas que utilizamos para manipular materiales 2D y esa herramienta abre posibilidades ilimitadas para crear dispositivos con propiedades de diseñador ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Columbia . Original escrito por Jessica Guenzel. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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