Las computadoras del futuro pueden funcionar un poco más dulces, gracias a un refinamiento en la fabricación de grafeno en la Universidad de Rice.

Los investigadores de Rice han aprendido a hacer láminas prístinas de grafeno, la forma de carbono de un átomo de espesor, de azúcar de mesa simple y otras sustancias a base de carbono. Lo hacen en un proceso de un solo paso a temperaturas lo suficientemente bajas como para que el grafeno sea fácil de fabricar.

El laboratorio del químico de Rice, James Tour, informó en la versión en línea de la revista. Naturaleza esta semana esa gran área, El grafeno de alta calidad se puede cultivar a partir de varias fuentes de carbono a temperaturas tan bajas como 800 grados Celsius (1, 472 F). Por muy caliente que parezca, la diferencia entre hacer funcionar un horno a 800 y 1, 000 grados Celsius es significativo, Tour dijo.

"A 800 grados, el silicio subyacente permanece activo para la electrónica, mientras que en 1, 000 grados, pierde sus dopantes críticos, "dijo Tour, T.T. y W.F. de Rice Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática.

Zhengzong Sun, un estudiante de posgrado de cuarto año en el laboratorio de Tour y autor principal del artículo, descubrió que depositar fuentes ricas en carbono sobre sustratos de cobre y níquel producía grafeno en cualquier forma que deseara:simple, láminas bicapa o multicapa que podrían ser de gran utilidad en diversas aplicaciones.

Sun y sus colegas también encontraron que el proceso se adapta fácilmente a la producción de grafeno dopado; esto permite la manipulación de las propiedades electrónicas y ópticas del material, lo cual es importante para la fabricación de dispositivos lógicos y de conmutación.

Para un grafeno prístino, Sun comenzó con una película delgada de poli (metacrilato de metilo) (PMMA), quizás más conocido en su forma comercial como Plexiglas, hilado sobre un sustrato de cobre que actuó como catalizador. Bajo calor y baja presión, el hacer fluir hidrógeno y gas argón sobre el PMMA durante 10 minutos lo redujo a carbono puro y convirtió la película en una sola capa de grafeno. Cambiar la tasa de flujo de gas le permitió controlar el grosor del grafeno derivado de PMMA.

Entonces se puso más interesante Dijo Sun. Recurrió a otras fuentes de carbono, incluido un polvo fino de sacarosa, también conocido como azúcar de mesa. "Pensamos que sería interesante probar estas cosas, ", Dijo Sun." Mientras otros laboratorios cambiaban los catalizadores metálicos, intentamos cambiar las fuentes de carbono ".

Sun puso 10 miligramos de azúcar (y más tarde fluoreno) en una hoja de papel de cobre de un centímetro cuadrado y la sometió a las mismas condiciones de reactor que el PMMA. Se transformó rápidamente en grafeno de una sola capa. Sun había esperado defectos en el producto final, dadas las propiedades químicas de ambas sustancias (una alta concentración de oxígeno en la sacarosa, anillos de cinco átomos en fluoreno); pero descubrió que los posibles defectos topológicos se curarían a sí mismos a medida que se formaba el grafeno.

"A medida que analizamos cada vez más el proceso, descubrimos que no solo era interesante, pero útil, "Dijo Sun.

Intentó y no logró cultivar grafeno en silicio y óxido de silicio, lo que planteó la posibilidad de cultivar grafeno estampado a partir de una película delgada de cobre o níquel moldeado depositada sobre obleas de silicio.

El grafeno dopado abre más posibilidades para el uso de la electrónica, Tour dijo, y Sun lo encontró bastante sencillo de hacer. Comenzando con PMMA mezclado con un reactivo dopante, melamina, descubrió que hacer fluir el gas a presión atmosférica producía grafeno dopado con nitrógeno. El grafeno prístino no tiene banda prohibida, pero el grafeno dopado permite el control de la estructura eléctrica, que el equipo demostró mediante la construcción de transistores de efecto de campo.

"Cada día, el crecimiento del grafeno en el silicio se acerca a la preparación a nivel industrial, y este trabajo lo lleva un paso importante más allá, "Dijo Tour.