Usando cálculos de supercomputadoras a gran escala, Los investigadores han analizado cómo la colocación de contactos metálicos en el grafeno cambia las propiedades de transporte de electrones del material como un factor de la longitud de la unión. ancho y orientación. Se cree que el trabajo es el primer estudio cuantitativo del transporte de electrones a través de uniones metal-grafeno para examinar modelos anteriores con gran detalle.

La información sobre las formas en que la unión de contactos metálicos afecta el transporte de electrones en el grafeno será importante para los científicos que estudian el material y para los diseñadores que algún día pueden fabricar dispositivos electrónicos a partir del material de la red de carbono.

"Los dispositivos de grafeno deberán comunicarse con el mundo exterior, y eso significa que tendremos que fabricar contactos para transportar corriente y datos, "dijo Mei-Yin Chou, profesor y director de departamento de la Facultad de Física del Instituto de Tecnología de Georgia. "Cuando colocan contactos de metal en el grafeno para medir las propiedades de transporte, Los investigadores y diseñadores de dispositivos deben saber que es posible que no estén midiendo las propiedades intrínsecas del grafeno prístino. Debe tenerse en cuenta el acoplamiento entre los contactos y el material ".

La información sobre los efectos de los contactos metálicos en el grafeno se informó en la revista. Cartas de revisión física el 19 de febrero. La investigación fue apoyada por el Departamento de Energía de EE. UU., e involucraron interacciones con investigadores del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales (MRSEC) apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) en Georgia Tech.

Utilizando a gran escala, cálculos de primeros principios realizados en dos centros de supercomputadoras diferentes compatibles con NSF, el equipo de investigación de Georgia Tech, que incluía a los becarios postdoctorales Salvador Barraza-Lopez y Mihajlo Vanevic, y el profesor asistente Markus Kindermann, realizaron cálculos detallados a nivel atómico de los contactos de aluminio cultivados en grafeno.

Los cálculos estudiaron dos contactos separados por hasta 14 nanómetros, con grafeno suspendido entre ellos. En sus cálculos, los investigadores permitieron que el aluminio creciera como lo haría en el mundo real, luego estudió cómo se inducía la transferencia de electrones en el área que rodea los contactos.

"La gente ha podido idear modelos fenomenológicos que utilizan para averiguar cuáles son los efectos con los contactos metálicos, "Explicó Chou." Nuestros cálculos fueron algunos pasos más allá porque construimos contactos átomo por átomo. Creamos contactos resueltos atomísticamente, y al hacer eso, resolvimos este problema a nivel atómico e intentamos hacer todo lo que fuera compatible con la mecánica cuántica ".

Dado que los metales suelen tener un exceso de electrones, unir físicamente los contactos al grafeno provoca una transferencia de carga desde el metal. La carga comienza a transferirse tan pronto como se construyen los contactos, pero finalmente los dos materiales alcanzan el equilibrio, Dijo Chou.

El estudio mostró que la transferencia de carga en los cables y en la sección independiente del material crea una asimetría de huecos de electrones en la conductancia. Para clientes potenciales que sean lo suficientemente largos, el efecto crea dos mínimos de conductancia en las energías de los puntos de Dirac para las regiones suspendidas y fijadas del grafeno, según Barraza-Lopez.

"Estos resultados podrían ser importantes para el diseño de futuros dispositivos de grafeno, ", dijo." Los efectos de borde y el impacto del ancho de las nanocintas se han estudiado con gran detalle, pero los efectos de la transferencia de carga en los contactos pueden ser potencialmente igual de importantes ".

Los investigadores modelaron aluminio, pero creen que sus resultados se aplicarán a otros metales como el cobre y el oro que no forman enlaces químicos con el grafeno. Sin embargo, otros metales como el cromo y el titanio alteran químicamente el material, por lo que los efectos que tienen sobre el transporte de electrones pueden ser diferentes.

Más allá de la nueva información proporcionada por los cálculos, Además, la investigación propone modelos cuantitativos que pueden utilizarse en determinadas circunstancias para describir el impacto de los contactos.

"Los modelos anteriores se basaban en conocimientos físicos, pero nadie sabía realmente con qué fidelidad describían el material, ", Dijo Kindermann." Este es el primer cálculo que muestra que estos modelos anteriores se aplican en determinadas circunstancias para los sistemas que estudiamos ".

Los datos del estudio pueden algún día ayudar a los diseñadores de dispositivos a diseñar circuitos de grafeno al ayudarlos a comprender los efectos que están viendo.

"Cuando modificamos el grafeno, Necesitamos entender qué cambios ocurren como resultado de agregar materiales, ", agregó Chou." Esta es una investigación realmente fundamental para comprender estos efectos y tener una predicción numérica de lo que está sucediendo. Estamos ayudando a comprender la física básica del grafeno ".