Los defectos a nivel atómico en el grafeno podrían ser un camino hacia dispositivos electrónicos más pequeños y más rápidos, según un estudio dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.

Con propiedades únicas y aplicaciones potenciales en áreas desde la electrónica hasta los biodispositivos, grafeno que consta de una sola hoja de átomos de carbono, ha sido aclamado como una estrella en ascenso en el mundo de los materiales. Ahora, un estudio ORNL publicado en Nanotecnología de la naturaleza sugiere que los defectos puntuales, compuesto por átomos de silicio que reemplazan átomos de carbono individuales en el grafeno, podría ayudar a los intentos de transferir datos a escala atómica mediante el acoplamiento de la luz con los electrones.

"En este experimento de prueba de concepto, Hemos demostrado que un cable diminuto formado por un par de átomos de silicio individuales en el grafeno se puede utilizar para convertir la luz en una señal electrónica. transmitir la señal y luego convertir la señal de nuevo en luz, "dijo el coautor Juan-Carlos Idrobo, quien tiene un cargo conjunto en ORNL y Vanderbilt University.

Un equipo dirigido por ORNL descubrió este comportamiento novedoso mediante el uso de microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberración para obtener imágenes de la respuesta del plasmón. o señales de tipo óptico, de los defectos puntuales. El análisis del equipo encontró que los átomos de silicio actúan como antenas de tamaño atómico, mejorar la respuesta del plasmón de superficie local del grafeno, y la creación de un dispositivo plasmónico prototípico.

"La idea con los dispositivos plasmónicos es que pueden convertir señales ópticas en señales electrónicas, "Dijo Idrobo." Así que podrías hacer cables realmente pequeños, poner luz en un lado del cable, y esa señal se transformará en excitaciones electrónicas colectivas conocidas como plasmones. Los plasmones transmitirán la señal a través del cable, sal por el otro lado y conviértete de nuevo en luz ".

Aunque se han demostrado otros dispositivos plasmónicos, La investigación previa en plasmones de superficie se ha centrado principalmente en metales, lo que ha limitado la escala a la que se produce la transferencia de señal.

"Cuando los investigadores usan metal para dispositivos plasmónicos, Por lo general, solo pueden llegar a 5-7 nanómetros, ", dijo el coautor Wu Zhou." Pero cuando quieres hacer las cosas más pequeñas, siempre quieres saber el límite. Nadie pensó que podríamos bajar a un solo nivel de átomo ".

El análisis en profundidad a nivel de un solo átomo fue posible gracias al acceso del equipo a un microscopio electrónico que forma parte de la instalación de usuario del equipo de investigación compartido (ShaRE) de ORNL.

"Es uno de los pocos microscopios electrónicos en el mundo que podemos usar para mirar y estudiar materiales y obtener cristalografía, química, vinculación Propiedades ópticas y de plasmón a escala atómica con sensibilidad de un solo átomo y a bajos voltajes, ", Dijo Idrobo." Este es un microscopio ideal para las personas que desean investigar materiales a base de carbono, como el grafeno ".

Además de sus observaciones microscópicas, el equipo de ORNL empleó cálculos teóricos de primeros principios para confirmar la estabilidad de los defectos puntuales observados. El documento completo titulado "Mejora de plasmones localizados atómicamente en grafeno monocapa, "está disponible en línea aquí:http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.252.html.