Graphane es el material elegido por los físicos a la vanguardia de la ciencia de los materiales, y los investigadores de la Universidad de Rice están ahí con el paquete, y tal vez un poco más adelante.

Investigadores guiados por Boris Yakobson, un profesor de Rice de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de química, han descubierto que la extracción estratégica de átomos de hidrógeno de una hoja bidimensional de grafano abre naturalmente espacios de grafeno puro que se ven y actúan como puntos cuánticos.

Eso abre un nuevo mundo de posibilidades para una clase de nanoelectrónica cada vez más pequeña que depende de las propiedades semiconductoras altamente controlables de los puntos cuánticos. particularmente en el ámbito de la óptica avanzada.

El trabajo teórico de Abhishek Singh y Evgeni Penev, ambos investigadores postdoctorales en el grupo del coautor Yakobson, se publicó en línea la semana pasada en la revista ACS Nano y estará en la portada de la versión impresa en junio. Rice fue nombrada recientemente la institución número uno del mundo para la investigación en ciencia de materiales por una publicación del Reino Unido.

El grafeno se ha convertido en el Flat Stanley de los materiales. El de un átomo de espesor, forma de panal de carbono puede ser bidimensional, pero parece estar en todas partes, promocionado como una solución para ir más allá de los límites de la Ley de Moore.

El grafano es simplemente grafeno modificado por átomos de hidrógeno agregados a ambos lados de la matriz, lo que lo convierte en un aislante. Aunque técnicamente tiene solo un átomo de espesor, graphane ofrece grandes posibilidades para la manipulación de las propiedades semiconductoras del material.

Los puntos cuánticos son moléculas cristalinas de unos pocos a muchos átomos de tamaño que interactúan con la luz y los campos magnéticos de formas únicas. El tamaño de un punto determina su banda prohibida (la cantidad de energía necesaria para cerrar el circuito) y lo hace sintonizable en un grado preciso. Las frecuencias de luz y energía liberadas por puntos activados los hacen particularmente útiles para sensores químicos, células solares, imágenes médicas y circuitos a nanoescala.

Singh y Penev calcularon que eliminar islas de hidrógeno de ambos lados de una matriz de grafano deja un pozo con todas las propiedades de los puntos cuánticos, que también puede ser útil para crear matrices de puntos para muchas aplicaciones.

"Llegamos a estas ideas a partir de un estudio completamente diferente del almacenamiento de energía en una forma de adsorción de hidrógeno en grafeno". "Yakobson dijo." Abhishek y Evgeni se dieron cuenta de que esta transformación de fase (de grafeno a grafano), acompañado del cambio de metal a aislante, ofrece una paleta novedosa para la nanoingeniería ".

Su trabajo reveló varias características interesantes. Descubrieron que cuando se eliminan trozos de la subred de hidrógeno, el área que queda atrás es siempre hexagonal, con una interfaz nítida entre el grafeno y el grafano. Esto es importante, ellos dijeron, porque significa que cada punto está muy contenido; los cálculos muestran una fuga de carga muy pequeña en el material huésped de grafano. (Cómo, precisamente, eliminar átomos de hidrógeno de la red sigue siendo una cuestión para los científicos de materiales, que están trabajando en ello, ellos dijeron.)

"Tienes un espectro similar a un átomo incrustado en un medio, y luego puedes jugar con la banda prohibida cambiando el tamaño del punto, ", Dijo Singh." Básicamente, puedes ajustar las propiedades ópticas ".

Junto con las aplicaciones ópticas, los puntos pueden ser útiles en la detección de una sola molécula y pueden conducir a transistores o láseres semiconductores muy pequeños, él dijo.

Sigue habiendo desafíos para descubrir cómo hacer matrices de puntos cuánticos en una hoja de grafano, pero ni Singh ni Penev ven los obstáculos como insuperables.

"Creemos que las principales conclusiones del artículo son suficientes para entusiasmar a los experimentadores, "dijo Singh, quien pronto dejará Rice para convertirse en profesor asistente en el Instituto Indio de Ciencias en Bangalore. "Algunos ya están trabajando en las direcciones que exploramos".

"Su trabajo en realidad respalda lo que sugerimos, que puede hacer este patrón de forma controlada, "Dijo Penev.

¿Cuándo podrían sus cálculos dar frutos comerciales? "Esa es una pregunta difícil, "Dijo Singh." No será tan lejos, probablemente, pero hay desafíos. No sé si podemos darle un marco de tiempo pero podría suceder pronto ".