En el reciente número de Naturaleza , Científicos europeos de Empa y el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros informan cómo han logrado por primera vez cultivar cintas de grafeno que tienen solo unos pocos nanómetros de ancho utilizando un método químico simple basado en la superficie. Las cintas de grafeno se consideran "candidatos calientes" para futuras aplicaciones electrónicas, ya que sus propiedades se pueden ajustar a través del ancho y la forma de los bordes.

Los transistores basados ​​en grafeno se consideran posibles sucesores de los componentes de silicio actualmente en uso. El grafeno consta de capas de carbono bidimensionales y posee una serie de propiedades sobresalientes:no solo es más duro que el diamante, extremadamente resistente al desgarro e impermeable a los gases, pero también es un excelente conductor eléctrico y térmico. Sin embargo, como el grafeno es un semi-metal que carece, en contraste con el silicio, una banda prohibida electrónica y, por lo tanto, no tiene capacidad de conmutación, lo que es esencial para aplicaciones electrónicas. Científicos de Empa, el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros en Mainz (Alemania), ETH Zürich y las Universidades de Zürich y Berna han desarrollado ahora un nuevo método para crear cintas de grafeno con espacios de banda.

Hasta la fecha, Se han "cortado" cintas de grafeno de láminas de grafeno más grandes, similar a los tagliatelle que se cortan de la masa de pasta. O los nanotubos de carbono se abrieron a lo largo y se desplegaron. Esto da lugar a una banda prohibida a través de un efecto mecánico cuántico:la brecha es un rango de energía que no puede ser ocupado por electrones y que determina las propiedades físicas, como la capacidad de conmutación. El ancho (y la forma del borde) de la cinta de grafeno determina el tamaño de la banda prohibida y, por lo tanto, influye en las propiedades de los componentes construidos a partir de la cinta.

Si se pudieran fabricar cintas de grafeno extremadamente estrechas (de menos de 10 nanómetros de ancho) que también tienen bordes bien definidos, entonces el razonamiento, entonces podrían permitir componentes que exhiban propiedades ópticas y electrónicas específicas:dependiendo de los requisitos, El ajuste de la banda prohibida podría usarse para ajustar las características de conmutación de un transistor. Esta no es una hazaña fácil como los métodos litográficos que se han utilizado hasta ahora, por ejemplo para cortar capas de grafeno, tropezar con barreras fundamentales; producen cintas que son demasiado anchas y tienen bordes difusos.

En el tema de Naturaleza publicado el 22 de julio de 2010, científicos dirigidos por Roman Fasel, Científico sénior de Empa y profesor de Química y Bioquímica en la Universidad de Berna, y Klaus Müllen, Director del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, describir un método químico simple basado en la superficie para crear cintas tan estrechas sin la necesidad de cortar, en un enfoque de abajo hacia arriba, es decir, de los bloques de construcción básicos. Lograr esto, esparcen monómeros sustituidos con halógeno específicamente diseñados sobre superficies de oro y plata en condiciones de vacío ultra alto. Estos se unen para formar cadenas de polifenileno en un primer paso de reacción.

En un segundo paso de reacción, iniciado por un calentamiento ligeramente superior, Los átomos de hidrógeno se eliminan y las cadenas se interconectan para formar un plano, sistema de grafeno aromático. Esto da como resultado cintas de grafeno del grosor de un solo átomo que tienen un nanómetro de ancho y hasta 50 nm de largo. Las cintas de grafeno son tan estrechas que exhiben una banda prohibida electrónica y, por lo tanto, como es el caso del silicio, poseen propiedades de conmutación, un primer e importante paso para el cambio de la microelectrónica de silicio a la nanoelectrónica de grafeno. Y si esto no fuera suficiente Se crean cintas de grafeno con diferentes estructuras espaciales (ya sean líneas rectas o con formas en zig-zag), dependiendo de los monómeros moleculares que usaran los científicos.

Como los científicos ahora pueden (casi) producir cintas de grafeno a voluntad, quieren empezar a investigar sus propiedades, por ejemplo, cómo las diferentes estructuras de los bordes pueden influir en las propiedades magnéticas de las cintas de grafeno. El método químico de superficie también abre posibilidades interesantes con respecto al dopaje dirigido de cintas de grafeno:el uso de componentes monoméricos con átomos de nitrógeno o boro en posiciones bien definidas o el uso de monómeros con grupos funcionales adicionales debería permitir la creación de cintas de grafeno dopadas positiva y negativamente.

También es posible una combinación de diferentes monómeros y puede permitir, por ejemplo, la creación de las llamadas heterouniones:interfaces entre diferentes tipos de cintas de grafeno, como cintas con espacios de banda pequeños y grandes, que podrían usarse en células solares o componentes de alta frecuencia. Los científicos ya han demostrado que el principio subyacente de esto funciona:han conectado tres cintas de grafeno entre sí en un punto nodal mediante dos monómeros adecuados.

Hasta la fecha, the scientists have focused on graphene ribbons on metal surfaces. Sin embargo, to be usable in electronics the graphene ribbons need to be created on semi-conductor surfaces or methods must be developed to transfer the ribbons from metal to semi-conductor surfaces. And first results in this direction also give the scientists good reasons to be optimistic.