La absorción infrarroja debida tanto a las transiciones electrónicas como a los fonones en muestras de grafeno de pocas capas (3 a 6 capas) que tienen apilamiento de capas romboédrica (izquierda) y de Bernal (derecha). La contribución de fonones altamente asimétrica cercana a 200 meV es el resultado del acoplamiento entre los electrones y fonones.
(Phys.org):desde su descubrimiento en 2004, el grafeno ha sido aclamado como un "material maravilloso" debido a sus propiedades casi increíbles. Con un solo átomo de espesor, una sola capa bidimensional es más fuerte que el diamante, conduce la electricidad mejor que el cobre, y conduce el calor mejor que cualquier material conocido. La celosía hexagonal en forma de panal que compone el material permite una flexibilidad extrema, pero también lo convierte en el material más impermeable jamás encontrado, excluyendo incluso los átomos de helio más diminutos.
Y cuando se apilan hojas de grafeno, el "grafeno de pocas capas" resultante puede funcionar como semimetálico o semiconductor, dependiendo del orden y grosor de las capas.
Los estudios de los efectos del orden de apilamiento en el grafeno se encuentran en una infancia relativa, pero experimentos recientes de científicos que trabajan en la Fuente de Luz del Sincrotrón Nacional en el Laboratorio Nacional de Brookhaven han arrojado luz sobre la naturaleza camaleónica de este material.
Un equipo de científicos dirigido por Tony Heinz de la Universidad de Columbia, comparó la absorción infrarroja de muestras de grafeno de pocas capas apiladas de dos maneras:un patrón ABA en zigzag llamado apilamiento de Bernal, en el que capas superior e inferior emparejadas intercalan una tercera capa que está compensada por la longitud de un átomo; y un patrón ABC romboédrico donde la capa superior se desplaza otro átomo más lejos de la hoja central de grafeno.
Este ligero cambio en la capa superior de grafeno es todo lo que se necesita para cambiar las propiedades básicas del material. El equipo descubrió que reorganizar las capas en un orden de apilamiento ABC aumenta drásticamente la cantidad de luz infrarroja que el grafeno de pocas capas absorberá en rangos de longitud de onda selectivos. Es un poco como si organizaras bloques de Lego en diferentes patrones y descubrieras que, como resultado, cambian de color.
Esto se debe a que los cambios en el orden de apilamiento alteran la cantidad de estados disponibles para que los electrones habiten tanto en reposo como cuando están excitados después de absorber luz infrarroja. El equipo también descubrió que los fonones, las vibraciones mecánicas de los átomos de carbono que forman cada hoja de grafeno, también se ven afectados por la disposición de apilamiento debido a su fuerte conexión con las excitaciones electrónicas. Cuando la absorción electrónica crece, la absorción de fonones también aumenta.
Usando NSLS, pudieron medir con precisión la cantidad de luz infrarroja que absorbían estas muestras apiladas de manera diferente. "Las muestras de grafeno de pocas capas que estudiamos son todas muy pequeñas, tan pequeño como diez micrómetros de tamaño, ", dijo el físico de la Universidad de Columbia, Zhiqiang Li." La radiación de sincrotrón es fundamental para nuestras mediciones porque tiene una intensidad muy alta y puede enfocarse en un punto pequeño en nuestras muestras, lo que permite realizar mediciones de infrarrojos con una buena relación señal / ruido ".
Li dijo que nuevas exploraciones sobre las propiedades flexibles y controlables del grafeno podrían conducir a una amplia gama de aplicaciones en electrónica y fotónica. como paneles solares o fotodetectores.
La investigación fue realizada por científicos de la Universidad de Columbia, el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas, el Consejo Nacional de Investigaciones de Italia, Universidad Sapienza, Universidad Case Western Reserve, y el Laboratorio Nacional de Brookhaven.
