(PhysOrg.com) - El grafeno es una lámina cristalina bidimensional de átomos de carbono, lo que significa que solo tiene un átomo de espesor, a través del cual los electrones pueden correr a casi la velocidad de la luz, 100 veces más rápido de lo que pueden moverse a través del silicio. Esto más la increíble flexibilidad y resistencia mecánica del grafeno hacen del material una superestrella potencial para la industria electrónica. Sin embargo, Considerando que los mejores materiales electrónicos presentan una señal fuerte y un ruido de fondo débil, Lograr esta alta relación señal / ruido ha sido un desafío tanto para una o dos capas de grafeno, especialmente cuando se coloca sobre un sustrato de sílice o algún otro dieléctrico. Uno de los problemas que enfrentan los desarrolladores de dispositivos ha sido la falta de un buen modelo de ruido de grafeno.

Trabajando con las capacidades únicas de nanociencia de Molecular Foundry en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), un equipo multiinstitucional de investigadores ha desarrollado el primer modelo de relaciones señal / ruido para ruidos de baja frecuencia en grafeno sobre sílice. Sus resultados muestran patrones de ruido que son opuestos a los patrones de ruido en otros materiales electrónicos.

El científico de materiales de Berkeley Lab, Yuegang Zhang, dirigió un estudio en el que se determinó que para el grafeno sobre sílice, el ruido de la señal de fondo es mínimo cerca de la región del grafeno donde la densidad electrónica de estados (el número de estados de energía disponibles para cada electrón) es más baja. Para semiconductores, como el silicio, en la región donde los estados de densidad de electrones son bajos, el ruido de fondo es más alto. Sin embargo, había claras diferencias en los patrones de ruido del grafeno de una o dos capas.

"En este trabajo, presentamos las características de ruido de baja frecuencia de cuatro sondas en muestras de grafeno de una y dos capas, utilizando una estructura de dispositivo con puerta trasera que ayuda a simplificar la física en la comprensión de las interacciones entre el grafeno y el sustrato de sílice, ", dice Zhang." Para el grafeno de una sola capa, encontramos que el ruido se redujo cerca o lejos de la densidad de electrones más baja de los estados, a veces conocido como el punto de Dirac para el grafeno, formando un patrón en forma de M. Para el grafeno de dos capas, encontramos una reducción de ruido similar cerca del punto de Dirac pero un aumento desde ese punto, formando un patrón en forma de V. Los datos de ruido cerca del punto de Dirac se correlacionaron con la falta de homogeneidad de la carga espacial ".

Los resultados de esta investigación se informan en la revista Nano letras en un artículo titulado "Efecto de la falta de homogeneidad de la carga espacial en el comportamiento del ruido 1 / f en el grafeno". Los coautores del artículo con Zhang fueron Guangyu Xu, Carlos
Torres Jr., Fei Liu, Emil Song, Minsheng Wang, Yi Zhou, Caifu Zeng y Kang Wang.

Autor principal Guangyu Xu, un físico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de California (UC) Los Ángeles, dice que la falta de homogeneidad de la carga espacial responsable de los patrones de ruido únicos del grafeno probablemente fue causada por las impurezas de carga cerca de la interfaz grafeno-sustrato.

"Nuestro experimento descarta cuidadosamente otros posibles factores extrínsecos que podrían influir en el resultado, "Dice Xu." Concluimos la correlación entre la característica de ruido anómalo y la falta de homogeneidad de la carga espacial, es uno
de los principales mecanismos de dispersión de portadores para muestras de grafeno no suspendidas ".

Xu dice que este modelo de características de ruido de baja frecuencia en el grafeno debería ser una ayuda significativa para la fabricación de dispositivos electrónicos porque la polarización en el régimen de bajo ruido puede diseñarse en el dispositivo.

"Esto beneficiará la alta relación señal / ruido en el grafeno, "Dice Xu.