(Phys.org) —Graphene ha deslumbrado a los científicos, desde su descubrimiento hace más de una década, con sus inigualables propiedades electrónicas, su fuerza y ​​su peso ligero. Pero un objetivo buscado durante mucho tiempo ha resultado difícil de alcanzar:cómo diseñar en grafeno una propiedad llamada banda prohibida, que sería necesario utilizar el material para fabricar transistores y otros dispositivos electrónicos.

Ahora, Los nuevos hallazgos de los investigadores del MIT son un paso importante hacia la producción de grafeno con esta codiciada propiedad. El trabajo también podría conducir a revisiones en algunas predicciones teóricas en la física del grafeno.

La nueva técnica consiste en colocar una hoja de grafeno, un material a base de carbono cuya estructura tiene solo un átomo de espesor, encima de nitruro de boro hexagonal. otro material de un átomo de espesor con propiedades similares. El material resultante comparte la asombrosa capacidad del grafeno para conducir electrones, mientras se agrega la banda prohibida necesaria para formar transistores y otros dispositivos semiconductores.

El trabajo se describe en un artículo en la revista. Ciencias coautor de Pablo Jarillo-Herrero, el profesor asistente de desarrollo de carrera de Mitsui en el MIT, Profesor de Física Ray Ashoori, y otros 10.

"Al combinar dos materiales, Jarillo-Herrero dice:"Creamos un material híbrido que tiene propiedades diferentes a cualquiera de los dos".

El grafeno es un excelente conductor de electrones, mientras que el nitruro de boro es un buen aislante, bloqueando el paso de electrones. "Creamos un semiconductor de alta calidad al juntarlos, "Explica Jarillo-Herrero. Semiconductores, que puede cambiar entre estados conductores y aislantes, son la base de toda la electrónica moderna.

Para que el material híbrido funcione, los investigadores tuvieron que alinearse, con casi perfección, las redes atómicas de los dos materiales, que constan de una serie de hexágonos. El tamaño de los hexágonos (conocido como constante de celosía) en los dos materiales es casi el mismo, pero no del todo:los del nitruro de boro son 1.8 por ciento más grandes. Entonces, si bien es posible alinear los hexágonos casi perfectamente en un solo lugar, en un área más grande, el patrón entra y sale de registro.

En este punto, los investigadores dicen que deben confiar en la posibilidad de obtener la alineación angular de las propiedades electrónicas deseadas en la pila resultante. Sin embargo, la alineación resulta ser correcta aproximadamente una de cada 15 veces, ellos dicen.

"Las cualidades del nitruro de boro se traspasan al grafeno, "Dice Ashoori. Pero lo que es más" espectacular, " él añade, es que las propiedades del semiconductor resultante se pueden "ajustar" con solo girar ligeramente una hoja en relación con la otra, permitiendo un espectro de materiales con variadas características electrónicas.

Otros han convertido el grafeno en un semiconductor grabando las hojas en cintas estrechas, Ashoori dice:pero tal enfoque degrada sustancialmente las propiedades eléctricas del grafeno. Por el contrario, el nuevo método no parece producir tal degradación.

La banda prohibida creada hasta ahora en el material es menor que la necesaria para dispositivos electrónicos prácticos; encontrar formas de aumentarlo requerirá más trabajo, dicen los investigadores.

"Si ... se pudiera diseñar una gran banda prohibida, podría tener aplicaciones en toda la electrónica digital, "Dice Jarillo-Herrero. Pero incluso en su nivel actual, él añade, este enfoque podría aplicarse a algunas aplicaciones optoelectrónicas, como fotodetectores.

Los resultados "nos sorprendieron gratamente, "Ashoori dice, y requerirá alguna explicación por parte de los teóricos. Debido a la diferencia en las constantes de celosía de los dos materiales, los investigadores habían predicho que las propiedades del híbrido variarían de un lugar a otro. En lugar de, encontraron una constante, e inesperadamente grande, Band gap en toda la superficie.

Además, Jarillo-Herrero dice, la magnitud del cambio en las propiedades eléctricas producido al juntar los dos materiales "es mucho mayor de lo que predice la teoría".

El equipo del MIT también observó un nuevo fenómeno físico interesante. Cuando se expone a un campo magnético, el material exhibe propiedades fractales, conocidas como espectro de energía de la mariposa de Hofstadter, que fueron descritas hace décadas por los teóricos, pero pensó que era imposible en el mundo real. Existe una intensa investigación en esta área; otros dos grupos de investigación también informan sobre estos efectos de la mariposa de Hofstadter esta semana en la revista Naturaleza . (ver:grafeno-mariposas.html "target =" _ blank "> phys.org/news/2013-05-61387688… 95e-butterflies.html y phys.org/news287824835.html)