(PhysOrg.com) - Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han demostrado que las propiedades electrónicas de dos capas de grafeno varían en la escala nanométrica. Los sorprendentes nuevos resultados revelan que no solo la diferencia en la fuerza de las cargas eléctricas entre las dos capas varía entre las capas, pero en realidad también invierten su signo para crear charcos distribuidos aleatoriamente de cargas alternas positivas y negativas. Reportado en Física de la naturaleza , Las nuevas mediciones acercan el grafeno a su uso en dispositivos electrónicos prácticos.

Grafeno una sola capa de átomos de carbono, es apreciado por sus notables propiedades, no es el menor de los cuales es la forma en que conduce electrones a alta velocidad. Sin embargo, la falta de lo que los físicos llaman banda prohibida, un umbral energético que hace posible encender y apagar un transistor, hace que el grafeno no sea adecuado para aplicaciones electrónicas digitales.

Los investigadores han sabido que el grafeno bicapa, que consta de dos capas de grafeno apiladas, actúa más como un semiconductor cuando se sumerge en un campo eléctrico.

Según el investigador del NIST Nikolai Zhitenev, la banda prohibida también puede formarse por sí sola debido a variaciones en el potencial eléctrico de las hojas causadas por interacciones entre los electrones de grafeno o con el sustrato (generalmente un no conductor, o material aislante) sobre el que se coloca el grafeno.

Joseph Stroscio, miembro del NIST, dice que sus mediciones indican que las interacciones con el material del sustrato aislante desordenado provocan grupos de electrones y huecos de electrones (básicamente, la ausencia de electrones) para formarse en las capas de grafeno. Ambos "grupos" de electrones y huecos son más profundos en la capa inferior porque está más cerca del sustrato. Esta diferencia en las profundidades de la "piscina", o densidad de carga, entre las capas crea el patrón aleatorio de cargas alternas y la banda prohibida que varía espacialmente.

Manipular la pureza del sustrato podría brindar a los investigadores una forma de controlar con precisión la banda prohibida del grafeno y, eventualmente, conducir a la fabricación de transistores basados ​​en grafeno que se pueden encender y apagar como un semiconductor.

Todavía, como se muestra en el trabajo anterior del grupo, mientras que estas interacciones del sustrato abren la puerta al uso del grafeno como material electrónico práctico, bajan la ventanilla en velocidad. Los electrones no se mueven tan bien a través del grafeno bicapa montado en el sustrato; sin embargo, esto probablemente se puede compensar mediante la ingeniería de las interacciones grafeno / sustrato.

El equipo de Stroscio planea explorar más a fondo el papel que pueden desempeñar los sustratos en la creación y el control de los huecos de banda en el grafeno mediante el uso de diferentes materiales de sustrato. Si las interacciones del sustrato se pueden reducir lo suficiente, dice Stroscio, Las exóticas propiedades cuánticas del grafeno bicapa pueden aprovecharse para crear un nuevo transistor de efecto de campo cuántico.