El carbono atómico (esferas negras) se evapora a más de 2, 300 grados Celsius y depositados sobre una plataforma plateada donde se forman copos de grafeno. Las regiones de colores más claros corresponden al crecimiento del grafeno y la plata se representa en las regiones más oscuras.
(Phys.org) —Plata, conocer el grafeno. Super fuerte, Súper ligero, casi totalmente transparente y uno de los mejores conductores de electricidad jamás descubierto, El grafeno es una hoja de átomos de carbono de un átomo de espesor que debe sus asombrosas propiedades a ser bidimensional.
Grafeno conoce la plata. La plata es un metal noble de alta calidad que se corroe muy lentamente en el aire húmedo y, por lo general, no interactúa químicamente con otras sustancias. Grafeno mientras tanto, es una plataforma codiciada para nuevas aplicaciones físicas y de dispositivos.
"Tienes un material, plata, eso es muy bueno para confinar la luz y otro, grafeno eso es realmente bueno con electrones en movimiento eficiente, "dijo Brian Kiraly, estudiante de posgrado de Northwestern University, quien descubrió el nuevo proceso que hace posible el crecimiento de grafeno sobre plata.
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía, en colaboración con científicos de la Northwestern Universit, son los primeros en cultivar grafeno sobre plata, que hasta ahora planteaba un gran desafío para muchos en el campo. Parte del problema tiene que ver con las propiedades de la plata; el otro involucra el proceso por el cual se cultiva el grafeno.
La deposición de vapor químico es actualmente el estándar de la industria para el cultivo de grafeno. La técnica permite hidrocarburos, como metano o etileno, descomponerse en una plataforma caliente para formar átomos de carbono que se convierten en grafeno. Sin embargo, esta técnica no funciona con una plataforma plateada.
"El método tradicional de descomponer hidrocarburos en un metal de transición no estaba funcionando, "dijo Nathan Guisinger, científico del personal del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne. "El metano no se descompondrá, simplemente golpeará la plata caliente y rebotará y seguirá siendo metano, por lo que no hay una fuente de carbono para hacer crecer el grafeno ".
En este punto, para descubrir cómo cultivar grafeno en plata, los investigadores necesitaban comprender las propiedades atómicas y moleculares del material. Por ejemplo, El carbono atómico se evapora a temperaturas extremadamente altas:más de 2, 400 grados Celsius, lo que obliga a los investigadores a tener en cuenta una serie de parámetros diferentes para crear una capa de un átomo de espesor.
Adicionalmente, mientras que el grafeno se cultiva convencionalmente a temperaturas de 1, 000 grados C o más, la nueva técnica Argonne-Northwestern lo hace crecer a una temperatura más baja de 750 grados, dando a los investigadores más opciones para trabajar con el material. Este método también ralentiza el proceso para determinar la tasa de crecimiento y la distribución correctas para una sola capa de átomos de carbono que aterrizan en la plata.
Una representación tridimensional de grafeno que muestra un crecimiento continuo en una plataforma. Los colores más claros corresponden a posiciones relativas ligeramente más altas. Las ondas representan los enlaces entre los átomos de carbono en la red en forma de panal.
El primer paso para hacer crecer la capa de grafeno fue asegurarse de que el sustrato de plata estuviera "atómicamente limpio", un estándar difícil de cumplir.
"Es muy difícil hacer una plataforma atómicamente limpia, ", Dijo Guisinger." Casi todas las plataformas expuestas al aire se cubrirán con una capa de agua y se oxidarán ". Para evitar que ocurra este fenómeno, los investigadores trabajan en un entorno de vacío ultra alto especialmente diseñado.
Para limpiar inicialmente la plataforma, Kiraly utilizó una técnica llamada "recocido catódico". Aquí es donde la plataforma utilizada para cultivar el grafeno se rocía con iones que mastican la superficie y la liberan de cualquier material orgánico o inorgánico. El siguiente paso es recocer el metal, un proceso "que lo cura y permite superficies atómicamente limpias y planas, "dijo Kiraly.
Después de una serie de exámenes, los investigadores descubrieron que habían depositado con éxito una sola capa de grafeno sobre plata.
Animado por este resultado, los investigadores esperan demostrar cómo colocar capas de grafeno con otros materiales de un átomo de espesor, como el siliceno, en capas atómicas apiladas para crear materiales híbridos.
Debido a las excelentes propiedades ópticas de la plata, Kiraly prevé que esta investigación tenga aplicaciones en detectores.
"Convencionalmente, puedes hacer cosas con componentes ópticos y electrónicos, como en los dispositivos optoelectrónicos, "dijo Kiraly." Cualquier cosa como un fotodetector o una célula solar tiene algún tipo de interacción de luz que se corresponde con un efecto electrónico o viceversa ".
Existe un mayor interés en trasladar el grafeno del laboratorio a un encendedor, dispositivos de consumo más eficientes desde el punto de vista energético. La Universidad de Manchester en Inglaterra, por ejemplo, terminará su Instituto Nacional de Grafeno el próximo año por una suma de £ 61 millones.
"Con el descubrimiento de cómo hacer grafeno, ahora hay una búsqueda de materiales más bidimensionales. Una vez que se descubren, queremos saber cómo combinarlos, "dijo Guisinger.
Pero por ahora, Depende de científicos como Guisinger y Kiraly descubrir cómo encajan esas piezas del tamaño de un átomo para crear los próximos avances tecnológicos.
El trabajo se describe en un documento, "Crecimiento en fuente sólida y caracterización a escala atómica del grafeno en Ag (111)", publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .