Las simulaciones a nanoescala y la investigación teórica realizada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía están acercando a los científicos a comprender el potencial del grafeno en aplicaciones electrónicas.

Un equipo de investigación dirigido por Bobby Sumpter de ORNL, Vincent Meunier y Eduardo Cruz-Silva han descubierto cómo se desarrollan los bucles en el grafeno, un material eléctricamente conductor de alta resistencia y bajo peso que se asemeja a un panal de abejas a escala atómica.

Los bucles estructurales que a veces se forman durante un proceso de limpieza de grafeno pueden hacer que el material no sea adecuado para aplicaciones electrónicas. Superar este tipo de problemas es de gran interés para la industria electrónica.

"El grafeno es una estrella en ascenso en el mundo de los materiales, dado su potencial de uso en componentes electrónicos precisos como transistores u otros semiconductores, "dijo Bobby Sumpter, un científico de planta en ORNL.

El equipo utilizó dinámica molecular cuántica para simular un proceso de limpieza de grafeno experimental. como se discutió en un artículo publicado en Cartas de revisión física . Los cálculos realizados en supercomputadoras ORNL señalaron a los investigadores un paso intermedio pasado por alto durante el procesamiento.

Imágenes con un microscopio electrónico de transmisión, o TEM, sometió el grafeno a la irradiación de electrones, lo que finalmente impidió la formación de bucles. Las simulaciones ORNL mostraron que al inyectar electrones para recolectar una imagen, los electrones cambiaban simultáneamente la estructura del material.

"Tomar una foto con un TEM no es simplemente tomar una foto, "Dijo Sumpter." Puede modificar la imagen al mismo tiempo que la mira ".

La investigación se basa en los hallazgos discutidos en 2009 Ciencias papel (Jia et al.), donde Meunier y Sumpter ayudaron a demostrar un proceso que limpia los bordes de grafeno haciendo correr una corriente a través del material en un proceso conocido como calentamiento Joule. El grafeno es tan bueno como la uniformidad o limpieza de sus bordes, que determinan la eficacia con la que el material puede transmitir electrones. Meunier dijo que la capacidad de limpiar de manera eficiente los bordes de grafeno es crucial para usar el material en la electrónica.

"Imagina que tienes un coche deportivo elegante, pero luego te das cuenta de que tiene ruedas cuadradas. ¿De qué sirve? Eso es como tener bordes irregulares en el grafeno, "Dijo Meunier.

Estudios experimentales recientes han demostrado que el proceso de calentamiento de Joule puede conducir a bucles indeseables que conectan diferentes capas de grafeno. El documento PRL proporciona una comprensión atomística de cómo la irradiación de electrones de un microscopio electrónico de transmisión afecta el proceso de limpieza del grafeno al evitar la formación de bucles.

"Podemos limpiar los bordes, y no solo eso, somos capaces de entender por qué podemos limpiarlos, "Dijo Meunier.