(PhysOrg.com) - Los investigadores han desarrollado un método para crear matrices monocristalinas de un material llamado grafeno, un avance que abre la posibilidad de un reemplazo del silicio en computadoras y electrónica de alto rendimiento.

El grafeno es una capa de carbono de un átomo de espesor que conduce la electricidad con poca resistencia o generación de calor. Los arreglos podrían hacer posible una nueva clase de transistores de alta velocidad y circuitos integrados que consuman menos energía que la electrónica de silicio convencional.

Los nuevos hallazgos representan un avance hacia el perfeccionamiento de un método para fabricar grandes cantidades de monocristales del material. similar a la producción de obleas de silicio.

"El grafeno aún no está allí, en términos de producción en masa de alta calidad como el silicio, pero este es un paso muy importante en esa dirección, "dijo Yong P. Chen, autor correspondiente del nuevo estudio y profesor asistente de Nanociencia y Física de la Familia Miller en la Universidad de Purdue.

Otros investigadores han cultivado monocristales de grafeno, pero ningún otro ha demostrado cómo crear matrices ordenadas, o patrones que podrían usarse para fabricar dispositivos electrónicos comerciales y circuitos integrados.

Los monocristales hexagonales se inician a partir de "semillas" de grafito y luego crecen sobre una lámina de cobre dentro de una cámara que contiene gas metano mediante un proceso llamado deposición química de vapor. El método de crecimiento sembrado, fundamental para los nuevos hallazgos, fue inventado por Qingkai Yu, coautor correspondiente del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Ingram de la Universidad Estatal de Texas.

"Usando estas semillas, podemos cultivar una matriz ordenada de miles o millones de monocristales de grafeno, "dijo Yu, quien fue pionero en el método mientras era investigador en la Universidad de Houston. "Esperamos que la industria observe estos hallazgos y considere las matrices ordenadas como un posible medio para fabricar dispositivos electrónicos".

Los hallazgos se detallan en un artículo de investigación que aparece en línea esta semana y en la edición de junio de Materiales de la naturaleza . El trabajo fue realizado por investigadores de Purdue, la Universidad de Houston, Universidad Estatal de Texas, Laboratorio Nacional Brookhaven, Argonne National Laboratories y Carl Zeiss SMT Inc.

Actualmente, el grafeno se crea en láminas "policristalinas" compuestas por "granos" colocados al azar y de forma irregular fusionados. Tener una matriz ordenada significa que las posiciones de cada cristal son predecibles, y no aleatorios como son en película policristalina.

Las matrices permiten a los investigadores colocar con precisión dispositivos electrónicos en cada grano, que es un monocristal que tiene una estructura de celosía sin costuras que mejora las propiedades eléctricas, dijo Eric Stach, investigador de Brookhaven y ex profesor de ingeniería de materiales de Purdue.

Los nuevos hallazgos de la investigación confirmaron la teoría de que el flujo de electrones se ve obstaculizado en el punto donde un grano se encuentra con otro. Las matrices de granos monocristalinos podrían eliminar ese problema.

Los investigadores demostraron que podían controlar el crecimiento de las matrices ordenadas; fueron los primeros en demostrar las propiedades electrónicas de los límites de granos individuales; y encontraron que los bordes de un solo grano de cristal hexagonal son paralelos a direcciones bien definidas en la red atómica del grafeno, revelando la orientación de cada cristal.

Conocer la orientación es necesario para medir las propiedades precisas de los cristales, proporcionando la información necesaria para crear mejores dispositivos electrónicos. Para determinar la orientación de la red de grafeno, Los investigadores utilizaron dos tipos de técnicas de microscopía avanzadas conocidas como microscopía electrónica de transmisión y microscopía de túnel de barrido. Las técnicas proporcionaron imágenes de muy alta resolución de átomos de carbono individuales que componen el grafeno.

Las propiedades electrónicas a través de los límites de los granos se midieron utilizando pequeños electrodos conectados a dos granos contiguos.

Los hallazgos demostraron una mayor resistencia eléctrica en los límites de los granos y también mostraron que los límites dificultan la conducción eléctrica debido a la dispersión de electrones. Ese hallazgo se correlacionó utilizando otra técnica llamada espectroscopia Raman.

El artículo fue escrito por Yu y el estudiante graduado de Purdue Luis A. Jauregui, Wei Wu, estudiante de posgrado de Houston, El estudiante graduado de Purdue, Robert Colby, El investigador postdoctoral de Purdue, Jifa Tian, junto con otros 12 investigadores, incluidos Stach y Chen.