Un descubrimiento accidental en el laboratorio de un físico de la Universidad de California, Riverside proporciona una ruta única para ajustar las propiedades eléctricas del grafeno, el material elástico más fino de la naturaleza. Esta ruta es muy prometedora para reemplazar el silicio con grafeno en la industria de los microchips.

Los investigadores encontraron que apilando tres capas de grafeno, como panqueques, modifica significativamente las propiedades eléctricas del material. Cuando fabricaron grafeno de tres capas en el laboratorio y midieron su conductancia, ellos encontraron, para su sorpresa, que dependiendo de cómo se apilaron las capas, algunos de los dispositivos de grafeno de tres capas conducían mientras que otros eran aislantes.

"Lo que encontramos es un 'botón' simple y conveniente para ajustar las propiedades eléctricas de las láminas de grafeno, "dijo Jeanie Lau, profesor asociado de física y astronomía, cuyo laboratorio hizo el hallazgo fortuito.

Los resultados del estudio aparecieron en línea el 25 de septiembre en Física de la naturaleza .

El grafeno es una hoja de átomos de carbono de un átomo de espesor dispuestas en anillos hexagonales. Teniendo excelentes propiedades de material, como alta capacidad de transporte de corriente y conductividad térmica, este "material maravilloso" es ideal para crear componentes para circuitos semiconductores y computadoras.

Debido a la estructura plana y similar a una malla de gallinero del grafeno, sus hojas se prestan bien para apilar en lo que se llama 'apilamiento Bernal, 'la forma de apilamiento de las hojas de grafeno.

En una bicapa apilada de Bernal, una esquina de los hexágonos de la segunda hoja se encuentra por encima del centro de los hexágonos de la hoja inferior. En la tricapa apilada de Bernal (ABA), la hoja superior (tercera) está exactamente encima de la hoja más baja. En tricapa apilada romboédrica (ABC), la hoja superior se desplaza por la distancia de un átomo, de modo que la hoja superior (tercera) y la hoja más baja también formen un apilamiento Bernal.

"La forma más estable de grafeno de tres capas es ABA, que se comporta como un metal, "Lau explicó." Sorprendentemente, si simplemente desplazamos toda la capa superior a la distancia de un solo átomo, la tricapa, ahora con apilamiento ABC o romboédrico, se vuelve aislante. Aún no está claro por qué sucede esto. Podría ser inducido por interacciones electrónicas. ¡Esperamos ansiosamente una explicación de los teóricos! "

Su laboratorio usó espectroscopía Raman para examinar las órdenes de apilamiento de los dispositivos de grafeno. A continuación, el laboratorio planea investigar la naturaleza del estado de aislamiento en el grafeno apilado en ABC. En este tipo de grafeno apilado, también planean estudiar la banda prohibida, un rango de energía, crítico para aplicaciones digitales, en el que no pueden existir electrones.

"La presencia de la brecha en el grafeno apilado en ABC que surge, creemos, de interacciones electrónicas mejoradas es interesante ya que no se espera de cálculos teóricos, "Dijo Lau." Comprender esta brecha es particularmente importante para el gran desafío de la ingeniería de la brecha de banda en la electrónica del grafeno ".

Además del grafeno, Lau estudia nanocables y nanotubos de carbono. Su investigación ha ayudado a los físicos a obtener una comprensión fundamental de cómo se comportan los átomos y los electrones cuando están regidos por la mecánica cuántica. Su laboratorio estudia nuevas propiedades eléctricas que surgen del confinamiento cuántico de átomos y cargas en sistemas a nanoescala. Su equipo de investigación ha demostrado que el grafeno puede actuar como una mesa de billar a escala atómica, con cargas eléctricas actuando como bolas de billar.

Sus otros intereses de investigación incluyen superconductividad, gestión térmica y transporte electrónico en nanoestructuras, e ingeniería de nuevas clases de dispositivos a nanoescala.

Un componente educativo del esfuerzo de investigación de Lau es la participación activa de la escuela secundaria, de licenciatura, y estudiantes de posgrado, especialmente las minorías y las mujeres, en su investigación de vanguardia, aprovechando la diversidad étnica de la población estudiantil de la UCR y las comunidades locales. Es profesora fundadora de la Revista de Investigación de Pregrado de la UCR. También organizó un grupo de almuerzo "Mujeres en física" que proporciona una plataforma amigable para las estudiantes, postdoctorados y miembros de la facultad para interactuar.

Después de recibir su licenciatura en física de la Universidad de Chicago en 1994, Lau procedió a la Universidad de Harvard, donde recibió su maestría y doctorado en física en 1997 y 2001, respectivamente. Se incorporó a la UCR en 2004, después de un nombramiento como investigador asociado en el laboratorio de Hewlett-Packard.