La electrónica es cada vez más pequeña, coqueteando con nuevos dispositivos a escala atómica. Sin embargo, muchos científicos predicen que la contracción de nuestra tecnología está llegando a su fin. Sin una alternativa a las tecnologías basadas en silicio, la miniaturización de nuestra electrónica se detendrá. Una alternativa prometedora es el grafeno, el material más delgado conocido por el hombre. El grafeno puro no es un semiconductor, pero puede modificarse para mostrar un comportamiento eléctrico excepcional. Encontrar los mejores nanomateriales basados ​​en grafeno podría marcar el comienzo de una nueva era de nanoelectrónica, óptica, y espintrónica (una tecnología emergente que utiliza el giro de los electrones para almacenar y procesar información en dispositivos electrónicos excepcionalmente pequeños).

Los científicos del Instituto Politécnico Rensselaer han utilizado las capacidades de una de las supercomputadoras universitarias más poderosas del mundo, el Centro Rensselaer de Innovaciones en Nanotecnología (CCNI), para descubrir las propiedades de una forma prometedora de grafeno, conocidos como nanowiggles de grafeno. Lo que encontraron fue que las nanocintas de grafito se pueden segmentar en varias estructuras de superficie diferentes llamadas nanowiggles. Cada una de estas estructuras produce propiedades magnéticas y conductoras muy diferentes. Los hallazgos proporcionan un modelo que los científicos pueden utilizar para seleccionar y elegir literalmente una nanoestructura de grafeno que esté ajustada y personalizada para una tarea o dispositivo diferente. El trabajo proporciona una base importante de conocimientos sobre estos nanomateriales de gran utilidad.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Cartas de revisión física en un artículo titulado "Aparición de propiedades atípicas en nanocintas de grafeno ensambladas".

"Los nanomateriales de grafeno tienen muchas propiedades interesantes, pero hasta la fecha ha sido muy difícil construir nanoestructuras de grafeno sin defectos. Entonces, estas nanoestructuras difíciles de reproducir crearon una barrera casi insuperable entre la innovación y el mercado, "dijo Vincent Meunier, el Profesor de Física de las Constelaciones de Gail y Jeffrey L.Kodosky '70, Tecnologías de la información, y Emprendimiento en Rensselaer. "La ventaja de los nanowiggles de grafeno es que pueden producirse fácil y rápidamente durante mucho tiempo y de forma limpia". Los nanowiggles fueron descubiertos recientemente por un grupo dirigido por científicos de EMPA, Suiza. Estas nanocintas particulares se forman utilizando un enfoque ascendente, ya que están ensamblados químicamente átomo por átomo. Esto representa un enfoque muy diferente al proceso de diseño de material de grafeno estándar que toma un material existente e intenta cortarlo en una nueva estructura. El proceso a menudo crea un material que no es perfectamente recto, pero tiene pequeños zigzags en sus bordes.

Meunier y su equipo de investigación vieron el potencial de este nuevo material. Los nanowiggles podrían fabricarse y modificarse fácilmente para mostrar propiedades conductoras eléctricas excepcionales. Meunier y su equipo se pusieron inmediatamente a trabajar para diseccionar los nanowiggles para comprender mejor las posibles aplicaciones futuras.

"Lo que encontramos en nuestro análisis de las propiedades de los nanowiggles fue incluso más sorprendente de lo que se pensaba, "Dijo Meunier.

Los científicos utilizaron el análisis computacional para estudiar varias estructuras de nano-movimientos diferentes. Las estructuras se nombran en función de la forma de sus bordes e incluyen sillón, sillón / zigzag, zigzag, y zigzag / sillón. Todas las estructuras de borde de nanocintas tienen una apariencia ondulada como una oruga que avanza lentamente por una hoja. Meunier nombró a las cuatro estructuras nanovadeos y cada movimiento produjo propiedades excepcionalmente diferentes.

Descubrieron que los diferentes nanowiggles producían intervalos de banda muy variados. Una banda prohibida determina los niveles de conductividad eléctrica de un material sólido. También encontraron que los diferentes nano-movimientos exhibían hasta cinco propiedades magnéticas muy variadas. Con este conocimiento, Los científicos podrán ajustar la banda prohibida y las propiedades magnéticas de una nanoestructura en función de su aplicación. según Meunier.

A Meunier le gustaría que la investigación informara el diseño de dispositivos nuevos y mejores. "Hemos creado una hoja de ruta que puede permitir que los nanomateriales se construyan y personalicen fácilmente para aplicaciones desde energía fotovoltaica hasta semiconductores y, en tono rimbombante, espintrónica, " él dijo.

Al usar CCNI, Meunier pudo completar estos sofisticados cálculos en unos pocos meses.

"Sin CCNI, estos cálculos continuarían un año después y aún no hubiéramos hecho este emocionante descubrimiento. Claramente, esta investigación es un excelente ejemplo que ilustra el papel clave de CCNI en la ciencia fundamental predictiva, " él dijo.