Los investigadores de Rice y Osaka han ideado un método simple para encontrar contaminantes en grafeno de un átomo de espesor. Al poner grafeno en una capa de fosfuro de indio, que emite ondas de terahercios cuando se excita con un pulso láser, pueden medir y mapear cambios en su conductividad eléctrica. Crédito:universidades de Rice y Osaka
El grafeno puede ser duro pero los que lo manejan más vale que sean tiernos. El entorno que rodea al material de carbono de un átomo de espesor puede influir en su rendimiento electrónico, según investigadores de las universidades de Rice y Osaka que han encontrado una forma sencilla de detectar contaminantes.
Debido a que es tan fácil introducir accidentalmente impurezas en el grafeno, Los laboratorios dirigidos por los físicos Junichiro Kono de Rice y Masayoshi Tonouchi del Instituto de Ingeniería Láser de Osaka descubrieron una forma de detectar e identificar moléculas fuera de lugar en su superficie a través de espectroscopía de terahercios.
Esperan que el hallazgo sea importante para los fabricantes que están considerando el uso de grafeno en dispositivos electrónicos.
La investigación fue publicada esta semana por la revista en línea de acceso abierto de Nature. Informes científicos . Fue posible gracias al programa NanoJapan basado en Rice, a través del cual los estudiantes universitarios estadounidenses realizan pasantías de investigación de verano en laboratorios japoneses.
Incluso una sola molécula de una sustancia extraña puede contaminar el grafeno lo suficiente como para afectar sus propiedades eléctricas y ópticas. Dijo Kono. Desafortunadamente (y quizás irónicamente), que incluye contactos eléctricos.
"Tradicionalmente, para medir la conductividad en un material, hay que conectar contactos y luego hacer mediciones eléctricas, "dijo Kono, cuyo laboratorio se especializa en la investigación de terahercios. "Pero nuestro método es sin contacto".
Un mapa de amplitud de la radiación de terahercios emitida por el fosfuro de indio recubierto de grafeno muestra dónde las moléculas de oxígeno se han asentado en la superficie después de la exposición al aire durante algunas semanas. El azul en el punto 1 indica una alta polarización debido a la adsorción de moléculas de oxígeno, mientras que la naranja en el punto 2 es electrónicamente equivalente al fosfuro de indio desnudo. La investigación de las universidades de Rice y Osaka hace posible una forma sencilla de detectar contaminantes en el grafeno. Crédito:universidades de Rice y Osaka
Eso es posible porque el compuesto fosfuro de indio emite ondas de terahercios cuando se excita. Los investigadores lo utilizaron como sustrato para el grafeno. Al golpear el material combinado con pulsos de femtosegundos de un láser de infrarrojo cercano, el fosfuro de indio emitió terahercios a través del grafeno. Un espectrómetro detectó imperfecciones tan pequeñas como una molécula de oxígeno perdida en el grafeno.
"El cambio en la señal de terahercios debido a la adsorción de moléculas es notable, "Dijo Kono." No sólo la intensidad, sino también la forma de onda de la radiación de terahercios emitida cambia total y dinámicamente en respuesta a la adsorción y desorción molecular. El siguiente paso es explorar la máxima sensibilidad de esta técnica única para la detección de gases ".
La técnica puede medir tanto la ubicación de las moléculas contaminantes como los cambios a lo largo del tiempo. "El láser elimina gradualmente las moléculas de oxígeno del grafeno, cambiando su densidad, y podemos ver eso, "Dijo Kono.
El experimento implicó cultivar grafeno prístino mediante deposición de vapor químico y transferirlo a un sustrato de fosfuro de indio. Los pulsos de láser generaron ráfagas coherentes de radiación de terahercios a través de un campo eléctrico de superficie incorporado del sustrato de fosfuro de indio que cambió debido a la transferencia de carga entre el grafeno y las moléculas contaminantes. La onda de terahercios cuando se visualiza, reflejó el cambio.
Los resultados experimentales son una advertencia para los fabricantes de productos electrónicos. "Para cualquier diseño de dispositivo futuro que utilice grafeno, tenemos que tener en cuenta la influencia del entorno, ", dijo Kono. El grafeno en el vacío o intercalado entre capas no contaminantes probablemente sería estable, pero la exposición al aire lo contaminaría, él dijo.
Los laboratorios de Rice y Osaka continúan colaborando en un proyecto para medir la conductividad en terahercios del grafeno en varios sustratos, él dijo.
