(Phys.org) —Los investigadores de la Universidad de Rice están dopando grafeno con luz de una manera que podría conducir a un diseño y fabricación de productos electrónicos más eficientes. así como novedosos dispositivos de seguridad y criptografía.

Los fabricantes dopan químicamente el silicio para ajustar sus propiedades semiconductoras. Pero el avance informado en la revista American Chemical Society ACS Nano detalla un concepto novedoso:el dopaje de grafeno inducido por plasmón, el ultrafuerte, altamente conductivo, forma de carbono de un solo átomo de espesor.

Eso podría facilitar la creación instantánea de circuitos (electrónica inducida ópticamente) en grafeno con un patrón de antenas plasmónicas que pueden manipular la luz e inyectar electrones en el material para afectar su conductividad.

La investigación incorpora trabajo tanto teórico como experimental para mostrar el potencial de simplificar, diodos y transistores basados ​​en grafeno bajo demanda. El trabajo fue realizado por la científica de Rice Naomi Halas, Profesor Stanley C.Moore de Ingeniería Eléctrica e Informática, profesor de ingeniería biomédica, química, física y astronomía y director del Laboratorio de Nanofotónica; y Peter Nordlander, profesor de física y astronomía y de ingeniería eléctrica e informática; el físico Frank Koppens del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, España; autor principal Zheyu Fang, investigador postdoctoral en Rice; y sus colegas.

"Una de las principales justificaciones para la investigación del grafeno siempre ha sido la electrónica, ", Dijo Nordlander." Las personas que conocen el silicio entienden que la electrónica solo es posible porque se puede dopar con p y n (positivo y negativo), y estamos aprendiendo cómo se puede hacer esto con grafeno.

"El dopaje del grafeno es un parámetro clave en el desarrollo de la electrónica del grafeno, ", dijo." No se pueden comprar dispositivos electrónicos basados ​​en grafeno ahora, pero no hay duda de que los fabricantes se están esforzando mucho debido a su alta velocidad potencial ".

Los investigadores han investigado muchas estrategias para el dopaje con grafeno, incluida la unión de moléculas orgánicas o metálicas a su red hexagonal. Hacerlo selectiva y reversiblemente susceptible al dopaje sería como tener una pizarra de grafeno en la que los circuitos se pueden escribir y borrar a voluntad. dependiendo de los colores, ángulos o polarización de la luz que lo golpea.

La capacidad de unir nanoantenas plasmónicas al grafeno ofrece esa posibilidad. Halas y Nordlander tienen una experiencia considerable en la manipulación de las cuasipartículas conocidas como plasmones, que puede ser impulsado a oscilar en la superficie de un metal. En un trabajo anterior, consiguieron depositar nanopartículas plasmónicas que actúan como fotodetectores del grafeno.

Estas partículas metálicas no reflejan tanto la luz como redirigen su energía; los plasmones que fluyen en ondas a través de la superficie cuando se excitan emiten luz o pueden crear "electrones calientes" en particular, longitudes de onda controlables. Las partículas plasmónicas adyacentes pueden interactuar entre sí de formas que también son sintonizables.

Ese efecto se puede ver fácilmente en los gráficos de la resonancia Fano del material, donde las antenas plasmónicas llamadas nonamers, cada uno tiene un poco más de 300 nanómetros de diámetro, Dispersa claramente la luz de una fuente láser, excepto en la longitud de onda específica a la que están sintonizadas las antenas. Para el experimento de Rice, esos nonamers (ocho discos de oro a nanoescala dispuestos alrededor de un disco más grande) se depositaron en una hoja de grafeno mediante litografía por haz de electrones. Los nonámeros se ajustaron para dispersar la luz entre 500 y 1, 250 nanómetros, pero con una interferencia destructiva de aproximadamente 825 nanómetros.

En el punto de la interferencia destructiva, la mayor parte de la energía de la luz incidente se convierte en electrones calientes que se transfieren directamente a la hoja de grafeno y cambian partes de la hoja de un conductor a un semiconductor dopado n.

Las matrices de antenas pueden verse afectadas de diversas formas y permitir que los circuitos fantasmas se materialicen bajo la influencia de la luz. "Las antenas de nanopartículas plasmónicas y de puntos cuánticos se pueden ajustar para responder a prácticamente cualquier color del espectro visible, ", Dijo Nordlander." Incluso podemos sintonizarlos en diferentes estados de polarización, o la forma de un frente de onda.

"Esa es la magia de la plasmónica, ", dijo." Podemos sintonizar la resonancia del plasmón de la forma que queramos. En este caso, decidimos hacerlo a 825 nanómetros porque está en el medio del rango espectral de nuestras fuentes de luz disponibles. Queríamos saber que podíamos enviar luz en diferentes colores y no ver ningún efecto. y en ese color en particular verás un gran efecto ".

Nordlander dijo que prevé un día en el que, en lugar de usar una llave, las personas pueden agitar una linterna en un patrón particular para abrir una puerta induciendo el circuito de una cerradura a pedido. "Abrir una cerradura se convierte en un evento directo porque estamos enviando las luces correctas hacia el sustrato y creando los circuitos integrados. Solo responderá a mi llamada, " él dijo.