(Phys.org) —A pesar de las muchas propiedades impresionantes del grafeno, su falta de banda prohibida limita su uso en aplicaciones electrónicas. En un nuevo estudio, Los científicos han demostrado teóricamente que se puede abrir una banda prohibida en el grafeno doblando hojas de grafeno 2D al estilo origami y exponiéndolas a un campo magnético. Además de abrir una brecha entre bandas, este método también produce corriente de espín polarizado en las láminas de grafeno, haciéndolos atractivos para aplicaciones de espintrónica.

Los científicos, A. T. Costa, et al., de instituciones en Brasil, Irlanda, Singapur, y los Estados Unidos, han publicado su artículo sobre el origami de grafeno en un número reciente de EPL .

"Si bien la apertura de banda prohibida y las corrientes de espín polarizado son dos características separadas contenidas en la lista de deseos de cada investigador de grafeno, hemos identificado una forma que podría marcar ambas casillas a la vez, "el coautor Mauro Ferreira, Profesor asociado en Trinity College Dublin, dicho Phys.org .

Dado que la banda prohibida es un rango de energía donde no existen estados de electrones, la apertura de una banda prohibida en el grafeno lo transforma de un material conductor a un material semiconductor. El grafeno semiconductor sería más útil, y podría tener aplicaciones particularmente interesantes para dispositivos espintrónicos, que explotan la propiedad mecánica cuántica del espín del electrón además de su propiedad de carga eléctrica.

Una razón por la que el grafeno es un material espintrónico prometedor es que, en comparación con otros materiales, tiene una interacción espín-órbita (SOI) extremadamente pequeña. Esto significa que su giro interactúa muy poco con su movimiento orbital, por lo que la disipación de espín es prácticamente insignificante en el grafeno. Como resultado, La información almacenada en el giro del grafeno se puede retener durante tiempos considerablemente más largos que en otros materiales. Un SOI pequeño también significa que la información puede viajar a largas distancias con muy poca pérdida.

Aunque un SOI pequeño tiene muchas ventajas, aquí, los científicos querían aumentar el SOI en partes del grafeno porque hacerlo es necesario para abrir una brecha de banda. Investigaciones recientes han demostrado que el SOI mejora cuando el grafeno se dobla mecánicamente. Aquí, Los investigadores demostraron teóricamente que una hoja de grafeno 2D moldeada en crestas y depresiones periódicas tiene un SOI mejorado en las regiones curvas.

Aumentar el SOI es la mitad del proceso para inducir una banda prohibida; la otra mitad aplica un campo magnético. Como explican los investigadores, el SOI y el campo magnético se complementan entre sí de tal manera que ambas cantidades deben mejorarse para inducir una banda prohibida. La magnitud de la banda prohibida está determinada en última instancia por la menor de estas dos cantidades.

Una forma de aplicar un campo magnético es dopando el grafeno con átomos magnéticos. El dopaje también es otra forma de mejorar el SOI, por lo que todo el proceso podría lograrse potencialmente dopando con los adsorbentes adecuados.

Este método tiene algunas ventajas en comparación con los intentos anteriores de abrir una brecha en el grafeno. Hasta aquí, Los métodos anteriores no han logrado producir grafeno semiconductor tecnológicamente relevante por varias razones, incluso que el tamaño de la banda prohibida es demasiado pequeño y que el desorden emerge en el sistema. Los investigadores predicen aquí que el nuevo método puede superar estas dificultades y finalmente lograr un grafeno semiconductor útil.

El segundo efecto importante del nuevo método, que polariza el espín de la corriente, significa que los espines de los electrones están alineados en la misma dirección. Esta característica es particularmente importante para la ingeniería de dispositivos espintrónicos.

En su estudio actual, Los investigadores demostraron que el nuevo proceso se puede realizar fácilmente depositando láminas de grafeno sobre un sustrato con trincheras periódicas. En el futuro, planean realizar mediciones sobre las propiedades eléctricas del grafeno resultante.

"Si bien tenemos un buen control experimental sobre cómo se pliegan las láminas de grafeno, medir las propiedades de transporte de tales estructuras parecidas al origami sigue siendo un desafío, Ferreira dijo. "El siguiente paso es adaptar algunas de las técnicas de medición de transporte para hacer frente a las estructuras en esta nueva geometría".

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