Este es el arte conceptual de la estructura cristalina (vista superior) del grafeno bicapa apilado AB. Crédito:Peter Allen, UCSB
Investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara, en colaboración con Rice University, han demostrado recientemente una técnica de síntesis rápida para películas de grafeno bicapa apiladas Bernal (o AB) de gran área que puede abrir nuevas vías para la electrónica digital y aplicaciones de conductores transparentes.
La invención también incluye la primera demostración de un transistor de efecto de campo (FET) de doble puerta de grafeno bicapa, mostrando una relación de conmutación de transistores ON / OFF récord y movilidad de portadora que podrían impulsar la electrónica de bajo costo y potencia ultrabaja en el futuro.
El grafeno es el cristal atómico bidimensional más delgado conocido (~ 0,5 nanómetros por capa). Ha atraído un gran interés debido a sus prometedoras propiedades eléctricas y térmicas y sus posibles aplicaciones en electrónica y fotónica. Sin embargo, muchas de esas aplicaciones están significativamente restringidas por la brecha de banda cero del grafeno que da como resultado transistores con fugas que no son adecuados para la electrónica digital.
"Además de sus superficies atómicamente lisas, Se puede abrir una brecha de banda considerable de hasta ~ 0.25 eV en grafeno bicapa creando una diferencia de potencial entre las dos capas, y rompiendo así la simetría inherente, si las dos capas se pueden alinear a lo largo de una cierta orientación (Bernal o AB) ", explicó Kaustav Banerjee, profesor de ingeniería eléctrica e informática y Director del Laboratorio de Investigación en Nanoelectrónica de la UCSB. "Los transistores de doble puerta se diseñaron específicamente para permitir que se estableciera tal diferencia de potencial entre las capas a través de una de las puertas, mientras que la segunda puerta moduló las portadoras en el canal, ", agregó. El equipo de investigación de Banerjee también incluye a los investigadores de UCSB Wei Liu, Stephan Kraemer, Deblina Sarkar, Hong Li y el profesor Pulickel Ajayan de Rice University. Su estudio fue publicado recientemente en Química de Materiales .
Este es el arte conceptual de una vista esquemática de una película de grafeno apilada en AB sintetizada por investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara utilizando un catalizador de aleación bifuncional diseñado por estequiometría. Crédito:Peter Allen, UCSB
Las películas de grafeno se cultivaron de manera determinista utilizando una superficie de aleación bifuncional (Cu:Ni) diseñada a una temperatura relativamente baja de 920 ° C. Área grande (> El crecimiento de grafeno bicapa apilado Bernal (o AB) de 3 pulgadas x 3 pulgadas se demostró en pocos minutos y con una cobertura de área cercana al 100%. Las películas de grafeno bicapa exhibieron una movilidad de electrones de hasta 3450 cm2 / (V * s), que es comparable a la del grafeno bicapa exfoliado, confirmando así de muy alta calidad. La calidad del grafeno cultivado se corroboró aún más mediante la demostración de FET de alto rendimiento con una relación récord ON / OFF que es un requisito clave en la electrónica digital de baja potencia.
"Lograr el modo de crecimiento del grafeno catalítico de superficie y el control preciso de la concentración de carbono en la superficie fueron factores clave para la cinética de crecimiento favorable del grafeno bicapa apilado AB, "explicó Wei Liu, investigadora postdoctoral en el grupo de Banerjee y coautora del artículo. En 2011, El grupo de Banerjee demostró un método de síntesis de grafeno monocapa de gran área utilizando un sustrato de cobre como catalizador.
El grafeno bicapa está cerca del grafeno monocapa en términos de espesor de película con una estructura atómica hexagonal y puede derivarse de su forma a grafito en capas (grafito) en la que las capas adyacentes se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals relativamente débiles. "Sin embargo, además de su capacidad de sintonización de banda prohibida, El grafeno bicapa tiene algunas ventajas clave sobre el grafeno monocapa. Tiene una mayor densidad de estados y sufre mucho menos efectos de interfaz, que son beneficiosos para mejorar la capacidad de carga actual, "Continuó Liu.
"Esta demostración es muy impresionante y debería tener implicaciones de gran alcance para toda la comunidad de materiales 2D, "comentó el profesor Ali Javey, de la Universidad de California, Berkeley y codirector del Consorcio Fotovoltaico del Área de la Bahía (BAPVC).
