Haciendo olas como el material que revolucionará la electrónica, No obstante, el grafeno, compuesto por una sola capa de átomos de carbono, ha sido un desafío para producir de una manera que sea práctica para aplicaciones electrónicas innovadoras. Investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara han descubierto un método para sintetizar grafeno de alta calidad de manera controlada que puede allanar el camino para la aplicación de la electrónica de próxima generación.

Kaustav Banerjee, profesor del departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y director del Laboratorio de Investigación de Nanoelectrónica en UCSB que ha estado estudiando nanomateriales de carbono durante más de siete años, llevó al equipo de investigación a métodos perfectos para cultivar láminas de grafeno, como se detalla en un estudio que se publicará en la edición de noviembre de 2011 de la revista Carbón .

"Nuestro proceso tiene ciertas ventajas únicas que dan lugar a grafeno de alta calidad, ", dice Banerjee." Para que la industria de la electrónica utilice el grafeno de manera eficaz, primero debe cultivarse de forma selectiva y en hojas más grandes. Hemos desarrollado una técnica de síntesis que produce grafeno de alta calidad y uniformidad que puede traducirse en un proceso escalable para aplicaciones industriales ".

Usando cinta adhesiva para levantar escamas de grafeno del grafito, Los investigadores de la Universidad de Manchester, Geim y Novoselov, recibieron el Premio Nobel de Física 2010 por su aislamiento y caracterización pioneros del material. Para lanzar grafeno en aplicaciones futuristas, sin embargo, Los investigadores han estado buscando una forma controlada y eficiente de cultivar una mayor calidad de este material de un solo átomo de espesor en áreas más grandes.

El descubrimiento de los investigadores de UCSB convierte la producción de grafeno en un proceso amigable para la industria al mejorar la calidad y uniformidad del grafeno utilizando métodos eficientes y reproducibles. Pudieron controlar la cantidad de capas de grafeno producidas, desde grafeno monocapa hasta grafeno bicapa, una distinción importante para futuras aplicaciones en electrónica y otras tecnologías.

"Intel tiene un gran interés en el grafeno debido a las muchas posibilidades que ofrece para la próxima generación de computación de bajo consumo, pero hay muchos obstáculos en el camino, "agregó Intel Fellow, Shekhar Borkar. "La técnica de síntesis escalable desarrollada por el grupo del profesor Banerjee en UCSB es un importante paso adelante".

Como material, El grafeno es el más delgado y fuerte del mundo, más de 100 veces más fuerte que el diamante, y es capaz de actuar como un conductor definitivo a temperatura ambiente. Si se puede producir con eficacia, Las propiedades del grafeno lo hacen ideal para los avances en la electrónica ecológica, materiales super fuertes, y tecnología médica. El grafeno podría usarse para hacer pantallas flexibles y dispositivos electrónicos, computadoras con 1, Procesadores de 000 GHz que funcionan prácticamente sin energía, y células de energía solar ultraeficientes.

La clave del descubrimiento del equipo de UCSB es su comprensión de la cinética de crecimiento del grafeno bajo la influencia del sustrato. Su enfoque utiliza un método llamado deposición química de vapor a baja presión (LPCVD) e implica la desintegración del gas metano de hidrocarburo a una temperatura alta específica para construir capas uniformes de carbono (como grafeno) sobre un sustrato de cobre pretratado. El grupo de investigación de Banerjee estableció un conjunto de técnicas que optimizaban la uniformidad y la calidad del grafeno, mientras controlaba el número de capas de grafeno que crecían en su sustrato.

Según el Dr. Wei Liu, un investigador postdoctoral y coautor del estudio, "El crecimiento del grafeno se ve fuertemente afectado por los sitios de imperfección en el sustrato de cobre. Mediante el tratamiento adecuado de la superficie del cobre y la selección precisa de los parámetros de crecimiento, la calidad y uniformidad del grafeno se mejoran significativamente y se puede controlar el número de capas de grafeno ".

El profesor Banerjee y los autores acreditados Wei Liu, Hong Li, Chuan Xu y Yasin Khatami no son el primer equipo de investigación en producir grafeno utilizando el método CVD, pero son los primeros en refinar con éxito métodos críticos para cultivar grafeno de alta calidad. En el pasado, Un desafío clave para el método CVD ha sido que produce una menor calidad de grafeno en términos de movilidad del portador, o qué tan bien conduce los electrones. "Nuestro grafeno exhibe la movilidad de efecto de campo más alta reportada hasta la fecha para el grafeno CVD, teniendo un valor promedio de 4000 cm2 / V.s con el valor pico más alto a 5500 cm2 / V.s. Este es un valor extremadamente alto en comparación con la movilidad del silicio ", agregó Hong Li. un doctorado candidato en el grupo de investigación de Banerjee.

"El grupo de Kaustav Banerjee está liderando los esfuerzos de investigación de nanoelectrónica de grafeno en UCSB, desde la síntesis de materiales hasta el diseño de dispositivos y la exploración de circuitos. Su trabajo ha proporcionado a nuestro campus capacidades únicas y muy poderosas, "añadió David Awschalom, Catedrático de Física, Ingeniería Eléctrica y Computación, y Director del California NanoSystems Institute (CNSI) en UCSB, donde se encuentra el laboratorio de Banerjee. "Esta nueva instalación también ha impulsado nuestras oportunidades de colaboración en diversas disciplinas de la ciencia y la ingeniería".

"No hay duda de que el grafeno es un material superior. Intrínsecamente es asombroso, ", dice Banerjee." Depende de nosotros, los científicos e ingenieros, para mostrar cómo podemos usar el grafeno y aprovechar sus capacidades. Hay desafíos en cómo cultivarlo, cómo transferir o no transferir y modelar, y cómo adaptar sus propiedades para aplicaciones específicas. Pero estos desafíos son un terreno fértil para investigaciones interesantes en el futuro ".