(Phys.org):solo un átomo de espesor, 200 veces más fuerte que el acero y un conductor casi perfecto, El futuro del grafeno en la electrónica es casi seguro. Pero para que este supermaterial de carbono sea útil, debe ser un semiconductor, un material que pueda cambiar entre estados aislantes y conductores, que forma la base de toda la electrónica actual.

Combinando experimento y teoría, Los investigadores de Cornell se han acercado un paso más a hacer que el grafeno sea útil, material controlable. Demostraron que cuando se cultivan en capas apiladas, el grafeno produce algunos defectos específicos que influyen en su conductividad.

En el lado del experimento, un grupo de investigación ha obtenido imágenes y analizado la estructura y el comportamiento de las hojas de grafeno apiladas una encima de la otra, llamado grafeno bicapa. El grupo, publicación en línea el 24 de junio en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , incluye a Paul McEuen, el profesor de física Goldwin Smith y director del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala; David Muller, profesor de física aplicada e ingeniería y codirector de Kavli; y el parque Jiwoong, profesor asociado de química y biología química y miembro de Kavli.

Demostraron que en lugar de láminas planas de átomos de carbono repetidos dispuestas como alambre de gallinero, cuando el grafeno crece en capas, se ondula, como alfombras de pared a pared que exceden las dimensiones de la habitación. Estas ondas llamados solitones, son como carreteras eléctricas que permiten que los electrones se disparen de un extremo a otro de la hoja. El resto del grafeno no ondulado, cuando se apilan, es semiconductor.

Previamente, Los teóricos habían predicho que el grafeno bicapa sería uniformemente semiconductor cuando se apilara y escalonara, de la misma forma en que se apilaría una hoja de bolas de billar si las bolas (átomos) estuvieran colocadas en los espacios intermedios. Pero la teoría no funcionó y los investigadores de Cornell ahora sostienen que se debe a los solitones.

"La gente pensaba que el grafeno estaba perfectamente apilado en todas partes, pero en verdad tiene estos divertidos solitones estructurales que dan lugar a la electrónica, canales unidimensionales, ", Dijo McEuen." Todas estas complejidades estaban ocultas ".

Un grupo de investigación separado dirigido por Eun-Ah Kim, profesor asistente de física, publicó un artículo la misma semana en Revisión física X que describe las matemáticas y la teoría detrás de las propiedades eléctricas de los solitones y cómo encajan en la imagen de grafeno bicapa que estudió la colaboración de McEuen.

"Idealmente, nos gustaría controlar el grafeno, ", Dijo Kim." Nos gustaría deshacernos de los solitones, o tal vez quisiéramos hacer un bien controlado, Autopista eléctrica unidimensional pero no tantos. Si descubrimos cómo controlar el grafeno, controlar dónde están los solitones, podemos abrir nuevas formas de controlar el grafeno bicapa ".

El periódico dirigido por McEuen, "Defectos topológicos y solitones de deformación en grafeno bicapa, "incluyó el trabajo de los estudiantes graduados Jonathan Alden, Wei Tsen y Pinshane Huang. Fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias.

El periódico dirigido por Kim, "Estados de borde topológico en un límite de inclinación en grafeno multicapa con compuerta, "incluido el trabajo del asociado postdoctoral Abolhassan Vaezi, estudiante de posgrado Darryl Ngai, y Yufeng Liang y Li Yang de la Universidad de Washington. Su trabajo también fue apoyado por la National Science Foundation, incluyendo una subvención NSF CAREER.