(Phys.org) —Utilizando grafeno, ya sea como alternativa a, o más probablemente como un material complementario con - silicio, ofrece la promesa de una electrónica futura mucho más rápida, junto con varias otras ventajas sobre los semiconductores de uso común. Sin embargo, Ha resultado difícil crear las láminas de carbono de un átomo de espesor conocidas como grafeno de una manera que pudiera integrarse fácilmente en los métodos de producción en masa.

Cuando se cultiva grafeno, las celosías de los granos de carbono se forman al azar, unidos entre sí en diferentes ángulos de orientación en una red hexagonal. Sin embargo, cuando esas orientaciones se desalinean durante el proceso de crecimiento, Se forman defectos llamados límites de grano (GB). Estos límites dispersan el flujo de electrones en el grafeno, un hecho que es perjudicial para su exitoso desempeño electrónico.

Los investigadores Joe Lyding y Eric Pop del Instituto Beckman de la Universidad de Illinois y sus grupos de investigación ahora han brindado una nueva perspectiva sobre el comportamiento electrónico del grafeno con límites de grano que podrían guiar los métodos de fabricación hacia la disminución de su efecto. Los investigadores cultivaron grafeno policristalino mediante deposición química de vapor (CVD), utilizando microscopía de túnel de barrido y espectroscopía para el análisis, para examinar en los límites de grano de escala atómica en una oblea de silicio. Informaron sus resultados en la revista. ACS Nano .

"Obtuvimos información sobre la dispersión de electrones en los límites que muestra que limita significativamente el rendimiento electrónico en comparación con el grafeno libre de límites de grano," "Lyding dijo." Los límites de los granos se forman durante el crecimiento del grafeno por ECV, y, Si bien existe un gran esfuerzo en todo el mundo para minimizar la aparición de límites de grano, son un hecho de la vida por ahora.

"Para la electrónica, querrá poder hacerlo en una escala de oblea. El grafeno sin límites es un objetivo clave. Mientras tanto, tenemos que vivir con los límites de los granos, así que entenderlos es lo que estamos tratando de hacer ".

Lyding comparó las celosías de grafeno fabricadas con el método CVD con piezas de una valla ciclónica.

"Si tuvieras dos piezas de valla, y los colocaste en el suelo uno al lado del otro, pero no estaban perfectamente alineados, entonces no coincidirían, ", dijo." Eso es un límite de grano, donde la celosía no coincide ".

La investigación involucró al grupo de Pop, dirigido por el becario de Beckman Josh Wood, el cultivo del grafeno en el laboratorio de micro y nanotecnología, y transferir las películas delgadas a una oblea de silicio (SiO2). Luego utilizaron el STM en Beckman desarrollado por Lyding para el análisis, dirigido por el primer autor Justin Koepke del grupo de Lyding.

Su análisis mostró que cuando el itinerario de los electrones los lleva a un límite de grano, es como, Lyding dijo:golpear una colina.

"Los electrones golpean esta colina, rebotan interfieren con ellos mismos y en realidad ves un patrón de onda estacionaria, ", dijo." Es una barrera, así que tienen que subir y cruzar esa colina. Como cualquier otra cosa eso los retrasará. Eso es lo que Justin pudo medir con estas mediciones de espectroscopía.

"Básicamente, un límite de grano es una resistencia en serie con un conductor. Eso siempre es malo. Significa que un electrón tardará más en llegar del punto A al punto B con algo de voltaje aplicado".

Las imágenes del STM revelan límites de grano que sugieren dos piezas de tela cosidas juntas, Lyding dijo:por "un sastre realmente malo".

En el papel, los investigadores pudieron informar sobre su análisis de los ángulos de orientación entre las piezas de grafeno a medida que crecían juntas, y encontró "ningún ángulo de orientación preferencial entre los granos, y los GB son continuos a través de las arrugas de grafeno y la topografía de SiO2 ". Informaron que el análisis de esos patrones" indica que la retrodispersión y la dispersión por intervalos son los mecanismos dominantes responsables de la reducción de la movilidad en presencia de GB en el grafeno desarrollado por CVD ".

Lyding dijo que la relación entre el ángulo de orientación de las piezas de grafeno y la longitud de onda de un electrón incide en el movimiento del electrón en el límite del grano, dando lugar a variaciones en su dispersión.

"Más dispersión significa que hace más difícil que un electrón se mueva de un grano al siguiente, ", dijo." Cuanto más difícil lo hagas, menor será la calidad del rendimiento electrónico de cualquier dispositivo fabricado con ese grafeno ".

El trabajo de los investigadores está dirigido no solo a comprender, sino también en el control de los límites de los granos. Uno de sus hallazgos, que los GB son aperiódicos, replicó otro trabajo y podría tener implicaciones para controlarlos. como escribieron en el artículo:"La combinación de los resultados espectroscópicos y de dispersión sugiere que los GB que son más periódicos y bien ordenados conducen a una dispersión reducida desde los GB".

"Creo que si tienes que vivir con límites de grano, te gustaría poder controlar exactamente cuál es su orientación y elegir un ángulo que minimice la dispersión, "Dijo Lyding.