En los últimos años, los ingenieros electrónicos y químicos han ideado diferentes técnicas de dopaje químico para controlar el signo y la concentración de los portadores de carga en diferentes muestras de materiales. Los métodos de dopaje químico consisten esencialmente en introducir impurezas en materiales o sustancias para cambiar sus propiedades eléctricas.

Estos métodos prometedores se han aplicado con éxito en varios materiales, incluidos los materiales de van der Waals (vdW). Los materiales VdW son estructuras caracterizadas por capas 2D fuertemente unidas, que están unidas en la tercera dimensión a través de fuerzas de dispersión más débiles.

Investigadores de la Universidad de California, Berkeley (UC Berkeley), el Instituto de Nanociencias de Energía Kavli, el Instituto de Tecnología de Beijing, la Universidad de Shenzhen y la Universidad de Tsinghua introdujeron recientemente un nuevo enfoque sintonizable y reversible para dopar químicamente el grafeno. Su enfoque, presentado en un artículo publicado en Nature Electronics , se basa en la cloración asistida por láser.

"Los métodos convencionales basados ​​en el dopaje sustitutivo o la funcionalización de la superficie dan como resultado la degradación de la movilidad eléctrica debido al desorden estructural, y la densidad máxima de dopaje está determinada por el límite de solubilidad de los dopantes", escribieron Yoonsoo Rho y sus colegas en su artículo. "Demostramos que se puede usar un proceso de cloración reversible asistido por láser para crear altas concentraciones de dopaje (por encima de 3 × 10 ¹³ cm ⁻² ) en monocapas de grafeno con pérdidas mínimas de movilidad".

Para implementar su enfoque, Rho y sus colegas utilizaron un rayo láser ultravioleta (UV) de nanosegundos, con una longitud de onda de λ =213 nm (5,8 eV). Alinearon este haz paralelo a la superficie de su muestra, bajo un flujo de Cl₂ gasolina.

El láser pulsado UV enfocado puede disociar fotoquímicamente el Cl₂ moléculas, generando radiículas de Cl que se difunden por toda la muestra de grafeno. Después de aplicar su método a una muestra de grafeno, los investigadores recolectaron medidas para determinar sus efectos en la densidad y movilidad de los portadores de carga.

Posteriormente, el equipo utilizó un proceso fototérmico para eliminar el agente dopante de Cl. Este proceso empleó un láser verde de onda continua (CW) con una longitud de onda de (λ=532 nm (2,3 eV)), que se aplicó en la dirección normal con un tamaño focal de 2 μm (1/e2).

"Nuestro enfoque utiliza dos láseres, con distintas energías de fotones y configuraciones geométricas, que están diseñados para la cloración y la posterior eliminación del cloro, lo que permite escribir y borrar patrones altamente dopados sin dañar el grafeno", escribieron Rho y sus colegas en su artículo. /P>

Para evaluar su método de dopaje reversible, el equipo lo utilizó para crear uniones fotoactivas regrabables para fotodetectores basados ​​en grafeno. Descubrieron que su método de cloración asistido por láser dio como resultado concentraciones saturables de dopaje ultra alto, lo que produjo una caída mínima en la movilidad de los portadores de carga. Además, al eliminar el dopante Cl, los patrones dopados se borraron por completo, sin causar ningún daño estructural al grafeno.

En el futuro, el enfoque asistido por láser presentado por este equipo de investigadores podría usarse para introducir diferentes elementos dopantes en materiales 2D de van der Waals. Esto, a su vez, podría permitir la introducción reversible de funcionalidades electrónicas valiosas para dispositivos optoelectrónicos. + Explora más

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