Las nanocintas de grafeno GNR, tiras estrechas de grafeno de una sola capa, tienen propiedades físicas, eléctricas, térmicas y ópticas interesantes debido a la interacción entre sus estructuras cristalinas y electrónicas. Estas características novedosas las han llevado a la vanguardia en la búsquedapara encontrar formas de hacer avanzar las nanotecnologías de próxima generación.
Si bien las técnicas de fabricación de abajo hacia arriba ahora permiten la síntesis de una amplia gama de nanocintas de grafeno que presentan geometrías de borde bien definidas, anchos e incorporaciones de heteroátomos, la cuestión de si el desorden estructural está presente o no en estos GNR atómicamente precisos, yen qué medida, todavía está sujeto a debate. La respuesta a este acertijo es de vital importancia para cualquier aplicación potencial o dispositivo resultante.
La colaboración entre el grupo teórico de la Cátedra de Física Computacional de la Materia Condensada de Oleg Yazyev en EPFL y el laboratorio experimental de nanotecnologías @ superficies de Roman Fasel en Empa ha producido dos artículos que analizan este tema en nanocintas de grafeno con bordes de sillón y con bordes en zigzag.
"En estos dos trabajos, nos enfocamos en caracterizar los" defectos de mordida "en las nanocintas de grafeno y sus implicaciones en las propiedades de GNR", explica Gabriela Borin Barin del laboratorio de superficies nanotech @ Surface de Empa. "Observamos que a pesar de la presencia de estos defectospueden interrumpir el transporte electrónico de los GNR, también podrían producir corrientes de espín polarizado. Estos son hallazgos importantes en el contexto de las aplicaciones potenciales de los GNR en nanoelectrónica y tecnología cuántica ".
Sillón nanocintas de grafeno
El artículo "Transporte electrónico cuántico a través de defectos de" mordida "en nanocintas de grafeno", publicado recientemente en 2D Materials, analiza específicamente las nanocintas de grafeno de sillón de 9 átomos de ancho 9-AGNR. La robustez mecánica, la estabilidad a largo plazo en condiciones ambientalescondiciones, fácil transferibilidad a sustratos de destino, escalabilidad de fabricación y ancho de banda prohibida adecuado de estos GNR los ha convertido en uno de los candidatos más prometedores para la integración como canales activos en transistores de efecto de campo FET.dispositivos electrónicos basados en dispositivos realizados hasta ahora, los 9-AGNR-FET muestran el rendimiento más alto.
Si bien el papel perjudicial de los defectos en los dispositivos electrónicos es bien conocido, las barreras de Schottky, las barreras de energía potencial para los electrones formados en las uniones metal-semiconductor, limitan el rendimiento de los GNR-FET actuales y evitan la caracterización experimental del impacto de los defectos en el dispositivo.En el artículo de Materiales 2D, los investigadores combinan enfoques experimentales y teóricos para investigar defectos en los AGNR ascendentes.
Las microscopías de barrido-túnel y de fuerza atómica primero permitieron a los investigadores identificar los anillos de benceno faltantes en los bordes como un defecto muy común en los 9-AGNR y estimar tanto la densidad como la distribución espacial de estas imperfecciones, que han denominado "mordida"defectos. Cuantificaron la densidad y encontraron que tienen una fuerte tendencia a agregarse. Los investigadores luego utilizaron cálculos de primeros principios para explorar el efecto de tales defectos en el transporte de carga cuántica, encontrando que estas imperfecciones lo alteran significativamente en los bordes de la banda porreduciendo la conductancia.
Estos hallazgos teóricos luego se generalizan a nanocintas más amplias de manera sistemática, lo que permite a los investigadores establecer pautas prácticas para minimizar el papel perjudicial de estos defectos en el transporte de carga, un paso fundamental hacia la realización de nuevos dispositivos electrónicos basados en carbono.
nanocintas de grafeno en zigzag
En el artículo "Desorden de bordes en nanocintas de grafeno en zigzag ascendente: implicaciones para el magnetismo y el transporte electrónico cuántico", publicado recientemente en el Revista de letras de química física , el mismo equipo de investigadores combina experimentos de microscopía de sonda de barrido y cálculos de primeros principios para examinar el desorden estructural y su efecto sobre el magnetismo y el transporte electrónico en los llamados GNR en zigzag ascendente ZGNR.
Los ZGNR son únicos debido a su orden magnético no convencional libre de metales que, según las predicciones, se conserva hasta la temperatura ambiente. Poseen momentos magnéticos que se acoplan ferromagnéticamente a lo largo del borde y antiferromagnéticamente a través de él y se ha demostrado que los componentes electrónicosy las estructuras magnéticas se pueden modular en gran medida, por ejemplo, mediante dopaje con carga, campos eléctricos, deformaciones de celosía o ingeniería de defectos. La combinación de correlaciones magnéticas sintonizables, ancho de banda considerable e interacciones débiles de la órbita de espín ha hecho que estos ZGNR sean prometedorescandidatos para operaciones de lógica de espín. El estudio analiza específicamente las nanocintas de grafeno anchas de seis carbonos con líneas en zigzag 6-ZGNR, el único ancho de ZGNR que se ha logrado con un enfoque ascendente hasta ahora.
Una vez más, utilizando microscopios de barrido de túnel y de fuerza atómica, los investigadores primero identifican la presencia de defectos ubicuos de vacantes de carbono ubicados en los bordes de las nanocintas y luego resuelven su estructura atómica. Sus resultados indican que cada vacante comprende un m-xileno faltanteunidad, es decir, otro defecto de "mordida", que, al igual que los que se ven en los AGNR, proviene de la escisión del enlace C? C que se produce durante el proceso de ciclodeshidrogenación de la reacción. Los investigadores estiman la densidad de los defectos de "mordida" enlos 6-ZGNR deben ser mayores que los defectos equivalentes en los AGNR ascendentes.
El efecto de estos defectos de mordida en la estructura electrónica y las propiedades de transporte cuántico de los 6-ZGNR se examina de nuevo teóricamente. Encuentran que la introducción del defecto, al igual que los AGNR, provoca una interrupción significativa de la conductancia. Además, en estenanoestructura, estos defectos involuntarios inducen subred y desequilibrio de espín, provocando un momento magnético local. Esto, a su vez, da lugar a un transporte de carga de espín polarizado que hace que las nanocintas en zigzag defectuosas sean ideales para aplicaciones en espintrónica lógica totalmente de carbono en el límite último deescalabilidad.
Una comparación entre ZGNR y AGNR de igual ancho muestra que el transporte a través del primero es menos sensible a la introducción de defectos únicos y múltiples que en el segundo. En general, la investigación proporciona una imagen global del impacto de estos omnipresentes "mordiscos"defectos en la estructura electrónica de baja energía de las nanocintas de grafeno de abajo hacia arriba. La investigación futura podría centrarse en la investigación de otros tipos de defectos puntuales observados experimentalmente en los bordes de tales nanocintas, dijeron los investigadores.
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