Por 15 años, Los científicos han intentado explotar el grafeno "material milagroso" para producir electrónica a nanoescala. En papel, el grafeno debería ser excelente precisamente para eso:es ultradelgado, solo un átomo de grosor y, por lo tanto, bidimensional, es excelente para conducir corriente eléctrica, y es muy prometedor para las formas futuras de electrónica que son más rápidas y más eficientes energéticamente. Además, el grafeno se compone de átomos de carbono, de los cuales tenemos un suministro ilimitado.

En teoria, El grafeno se puede alterar para realizar muchas tareas diferentes dentro, p. ej. electrónica, fotónica o sensores simplemente cortando pequeños patrones en ellos, ya que esto altera fundamentalmente sus propiedades cuánticas. Una tarea "sencilla", que ha resultado ser sorprendentemente difícil, es inducir una banda prohibida, que es crucial para fabricar transistores y dispositivos optoelectrónicos. Sin embargo, dado que el grafeno tiene solo un átomo de espesor, todos los átomos son importantes e incluso pequeñas irregularidades en el patrón pueden destruir sus propiedades.

"El grafeno es un material fantástico, que creo que jugará un papel crucial en la fabricación de nuevos dispositivos electrónicos a nanoescala. El problema es que es extremadamente difícil diseñar las propiedades eléctricas, "dice Peter Bøggild, profesor de Física DTU.

El Centro de DTU de Grapheneat Nanoestructurado y la Universidad de Aalborg se establecieron en 2012 específicamente para estudiar cómo se pueden adaptar las propiedades eléctricas del grafeno cambiando su forma a una escala extremadamente pequeña. Al crear patrones de grafeno, el equipo de investigadores de DTU y Aalborg experimentó lo mismo que otros investigadores de todo el mundo:no funcionó.

"Cuando haces patrones en un material como el grafeno, lo hace para cambiar sus propiedades de forma controlada, para que coincida con su diseño. Sin embargo, lo que hemos visto a lo largo de los años es que podemos hacer los agujeros, pero no sin introducir tanto desorden y contaminación que ya no se comporte como el grafeno. Es un poco similar a hacer una tubería de agua que está parcialmente bloqueada debido a una mala fabricación. En el exterior, podría verse bien pero el agua no puede fluir libremente. Para la electrónica, eso es obviamente desastroso, "dice Peter Bøggild.

Ahora, el equipo de científicos ha resuelto el problema. Los resultados se publican en Nanotecnología de la naturaleza .Dos postdoctorados de DTU Physics, Bjarke Jessen y Lene Gammelgaard, primer grafeno encapsulado dentro de otro material bidimensional:nitruro de boro hexagonal, un material no conductor que se utiliza a menudo para proteger las propiedades del grafeno.

Próximo, utilizaron una técnica llamada litografía por haz de electrones para modelar cuidadosamente la capa protectora de nitruro de boro y grafeno debajo con una densa matriz de orificios ultra pequeños. Los agujeros tienen un diámetro de aprox. 20 nanómetros, con solo 12 nanómetros entre ellos; sin embargo, la rugosidad en el borde de los orificios es inferior a 1 nanómetro, o una milmillonésima parte de un metro. Esto permite que fluya 1000 veces más corriente eléctrica de la que se había informado en estructuras de grafeno tan pequeñas. Y no solo eso.

"Hemos demostrado que podemos controlar la estructura de la banda de grafeno y diseñar cómo debe comportarse. Cuando controlamos la estructura de la banda, tenemos acceso a todas las propiedades del grafeno, y para nuestra sorpresa descubrimos que algunos de los efectos electrónicos cuánticos más sutiles sobreviven al patrón denso, eso es extremadamente alentador. Nuestro trabajo sugiere que podemos sentarnos frente a la computadora y diseñar componentes y dispositivos, o soñar con algo completamente nuevo, y luego ir al laboratorio y realizarlos en la práctica. "dice Peter Bøggild. Continúa:

"Muchos científicos habían abandonado hace mucho tiempo el intento de nanolitografía en grafeno a esta escala, y es una lástima, ya que la nanoestructuración es una herramienta crucial para explotar las características más interesantes de la electrónica y la fotónica del grafeno. Ahora hemos descubierto cómo se puede hacer; se podría decir que se levanta la maldición. Hay otros desafíos, pero el hecho de que podamos adaptar las propiedades electrónicas del grafeno es un gran paso hacia la creación de nuevos componentes electrónicos con dimensiones extremadamente pequeñas, "dice Peter Bøggild.