Los físicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto que los materiales de tierras raras, como disprosio (mostrado a la izquierda), y otros materiales, como el plomo (que se muestra a la derecha) se comportan de manera diferente cuando unos pocos átomos de cada tipo de material se depositan en un grafeno y los átomos se autoensamblan en pequeñas islas. Las tierras raras parecen moverse lentamente, sugiriendo una fuerte interacción electrónica, mientras que el plomo se mueve rápidamente, sugiriendo una interacción electrónica más débil.
(PhysOrg.com) - Los transistores y los dispositivos de almacenamiento de información son cada vez más pequeños. Pero, para ir tan pequeño como la nanoescala, los científicos deben comprender cómo se comportan unos pocos átomos de metales cuando se depositan en una superficie.
Los físicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Están estudiando la interacción de materiales que son prometedores para su uso en electrónica a nanoescala:grafeno y diferentes tipos de metales. El equipo ha descubierto que el disprosio y el gadolinio, metales de tierras raras, reaccionan fuertemente con el grafeno. mientras que el plomo no lo hace.
Michael C. Tringides, un físico senior del Laboratorio Ames, y colegas Myron Hupalo, un científico del laboratorio Ames, y Steven Binz, un estudiante de posgrado en física, depositó algunos átomos de plomo o metales de tierras raras en la superficie del grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor. En un proceso llamado autoensamblaje, los átomos se mueven por sí mismos y forman islas o películas suaves sobre el grafeno. Luego, Tringides y el equipo utilizaron microscopía de túnel de barrido para estudiar la geometría de las islas.
“Queríamos entender cómo se difunden los átomos, particularmente con qué rapidez, —Dijo Tringides. "En este caso, los átomos de plomo se movieron rápidamente cuando los enfriamos, mientras el disprosio se movía lentamente, incluso después de calentarlos ".
Qué tan rápido o lento se mueven los átomos y forman islas ofrece una idea de cómo interactúa cada material, o comparte electrones, con el grafeno.
“Si los átomos se mueven rápido, significa que no tiene una interacción fuerte, ”Dijo. “Es como discos de hockey deslizándose sobre una pista de hielo. Hay poca interacción ".
En el caso del disprosio, los átomos de movimiento lento sugieren que el metal reacciona fuertemente con el grafeno. El gadolinio tiene una interacción aún más fuerte. La interacción es significativa porque aprovechar el potencial del grafeno en la electrónica requerirá unir metales al grafeno para conducir la electricidad.
"La esperanza es que el grafeno se pueda utilizar para transistores ultrarrápidos, —Dijo Tringides. “Nuestro trabajo es relevante para esto porque cuando pones metal en grafeno, quieres tener muy buen contacto, por lo que la resistencia eléctrica es baja ".
Tringides también dice que las islas de tierras raras en el grafeno son pequeños imanes.
“Resultó que estas islas eran buenos nanoimanes en grafeno, —Dijo Tringides. “Tienes una densidad muy alta de nanoimanes. El hierro también tiene una densidad de islas alta similar. Esto puede ser útil en el futuro para usar metales en grafeno en la memoria de la computadora ".
Los físicos teóricos del laboratorio Ames C.Z. Wang y Kai-Ming Ho colaboraron en la investigación, utilizando cálculos para confirmar los resultados experimentales sobre los enlaces entre el grafeno y los metales estudiados.
“Estos hallazgos son interesantes tanto para la física fundamental como por su potencial utilidad, —Dijo Tringides. "Siempre que digas" nano, 'Puedes hacer muchas cosas en un tamaño pequeño. Y eso podría ser muy beneficioso para algo como la memoria magnética de la computadora ".
La Oficina de Ciencias del DOE financió la investigación, que ha sido reportado en la revista Materiales avanzados .
