Investigación del Laboratorio Nacional de Física (NPL), Royal Holloway, Universidad de londres, y la Universidad de Linköping, Suecia, ha dado un paso importante hacia la estandarización de importantes parámetros eléctricos del grafeno, como el potencial de superficie y la función de trabajo. La naciente industria del grafeno requiere estas medidas estandarizadas para que las propiedades del grafeno se comprendan lo suficientemente bien como para que sea ampliamente utilizado en dispositivos electrónicos comerciales.

Las mediciones de potencial de superficie y función de trabajo se pueden utilizar para definir propiedades eléctricas locales (hasta la nanoescala) del grafeno de capa única y bicapa. Esto es importante ya que, mientras que las técnicas de fabricación actuales pueden producir láminas de 95% de grafeno de una sola capa, incluso pequeñas cantidades de grafeno bicapa en una muestra pueden cambiar las características eléctricas y afectar el rendimiento de los dispositivos.

En la actualidad, los valores numéricos obtenidos mediante técnicas de uso común pueden variar significativamente y no son lo suficientemente confiables para hacer comparaciones precisas. Si bien el sustrato y las condiciones ambientales pueden afectar los resultados, También existen problemas instrumentales específicos causados ​​por el uso de diferentes métodos de medición.

Esta nueva investigación publicada en Informes científicos , la revista de acceso abierto de Nature Publishing Group, compara la precisión y resolución de tres técnicas de medición comúnmente utilizadas:microscopía de fuerza de sonda Kelvin modulada en frecuencia (FM-KPFM); microscopía de fuerza de sonda Kelvin modulada en amplitud (AM-KPFM); y espectroscopia de fuerza electrostática (EFS). Los resultados muestran que las técnicas de frecuencia modulada como FM-KPFM y EFS dan resultados más precisos del potencial de superficie, así como una mayor resolución espacial, que el KPFM de amplitud modulada comúnmente utilizado.

Olga Kazakova, quién dirigió el trabajo en NPL, dijo:

"Hemos demostrado que existen diferencias significativas en la precisión y resolución de las técnicas más comúnmente utilizadas para realizar estas mediciones. Esto significa que un laboratorio que utilice una técnica de frecuencia modulada obtendrá valores diferentes a los de otro laboratorio que utilice una técnica de amplitud modulada, por ejemplo. Esto hace que sea difícil tener confianza en los valores y definir las características del grafeno ".

Luego, el documento presenta una ruta hacia la estandarización de las mediciones de grafeno realizadas en condiciones ambientales, en lugar de en el vacío, ya que estas condiciones son más representativas de los entornos que se encuentran en la industria y los laboratorios de investigación en general. Por ejemplo, para los dispositivos estudiados los valores de función de trabajo obtenidos son 4.55 ± 0.02 eV y 4.44 ± 0.02 eV para grafeno monocapa y bicapa, respectivamente. Cabe señalar que estos valores no son absolutos y dependerían de varios parámetros intrínsecos y extrínsecos. Sin embargo, el método propuesto permite tener en cuenta las condiciones ambientales variables y las variaciones de dopaje y proporciona la medida precisa del potencial de la superficie del grafeno, función de trabajo y concentración de portadores.

Los resultados mejorarán la capacidad de la ciencia y la industria para expresar las características del grafeno cuantitativamente y con mayor confianza. La técnica estandarizada propuesta también se puede utilizar para muchos otros materiales electrónicos, como semiconductores y energía fotovoltaica, asegurando un impacto no solo en la industria del grafeno sino también en el mundo más amplio de la electrónica.

El artículo se titula "Estandarización de las mediciones del potencial de superficie de los dominios del grafeno".