Un equipo de físicos dirigido por la Universidad de Arizona ha descubierto cómo cambiar la estructura cristalina del grafeno, más comúnmente conocido como mina de lápiz, con un campo eléctrico, un paso importante hacia el posible uso del grafeno en microprocesadores que serían más pequeños y más rápidos que los actuales, tecnología basada en silicio.

El grafeno consta de láminas de grafito extremadamente delgadas:al escribir con un lápiz, las hojas de grafeno se desprenden del núcleo de grafito del lápiz y se adhieren a la página. Si se coloca bajo un microscopio electrónico de alta potencia, el grafeno revela su estructura en forma de hoja de átomos de carbono reticulados, parecido al alambre de gallinero.

Cuando es manipulado por un campo eléctrico, partes del material se transforman de comportarse como un metal a comportarse como un semiconductor, encontraron los físicos de la UA.

El grafeno es el material más delgado del mundo, con 300, Se necesitan 000 hojas para alcanzar el grosor de un cabello humano o una hoja de papel. Los científicos e ingenieros están interesados ​​en él por sus posibles aplicaciones en dispositivos microelectrónicos, con la esperanza de impulsarnos de la era del silicio a la era del grafeno. La parte complicada es controlar el flujo de electrones a través del material, un requisito previo necesario para su puesta en funcionamiento en cualquier tipo de circuito electrónico.

Brian LeRoy, Profesor asociado de física de la UA, y sus colaboradores han superado un obstáculo hacia ese objetivo al demostrar que un campo eléctrico es capaz de controlar la estructura cristalina del grafeno de tres capas, que se compone de tres capas de grafeno.

La mayoría de los materiales requieren altas temperaturas, presión o ambas para cambiar su estructura cristalina, que es la razón por la que el grafito no se convierte espontáneamente en diamante o viceversa.

"Es extremadamente raro que un material cambie su estructura cristalina simplemente aplicando un campo eléctrico, "Dijo LeRoy." Hacer grafeno de tres capas es un sistema excepcionalmente único que podría utilizarse para crear dispositivos novedosos ".

El grafeno de tres capas se puede apilar de dos formas únicas. Esto es análogo a apilar capas de bolas de billar en una celosía triangular, con las bolas que representan los átomos de carbono.

"Cuando apilas dos capas de bolas de billar, su 'estructura cristalina' es fija porque la capa superior de bolas debe asentarse en los agujeros formados por los triángulos de la capa inferior, "explicó Matthew Yankowitz, estudiante de doctorado de tercer año en el laboratorio de LeRoy. Es el primer autor de la investigación publicada, que aparece en la revista Materiales de la naturaleza . "La tercera capa de bolas se puede apilar de tal manera que sus bolas queden al ras por encima de las bolas en la capa inferior, o puede estar ligeramente desplazado para que sus bolas lleguen a quedar por encima de los agujeros formados por triángulos en la capa inferior ".

Estas dos configuraciones de apilamiento pueden existir naturalmente en el mismo copo de grafeno. Los dos dominios están separados por un límite definido donde los hexágonos de carbono se tensan para adaptarse a la transición de un patrón de apilamiento al otro.

"Debido a las diferentes configuraciones de apilamiento a ambos lados del muro del dominio, un lado del material se comporta como un metal, mientras que el otro lado se comporta como un semiconductor, "LeRoy explicó.

Mientras sondea la pared del dominio con un campo eléctrico, aplicado por una punta de microscopía de túnel de barrido de metal extremadamente afilada, Los investigadores del grupo de LeRoy descubrieron que podían mover la posición de la pared del dominio dentro de la escama de grafeno. Y mientras movían la pared del dominio, la estructura cristalina del grafeno de tres capas cambió a su paso.

"Teníamos la idea de que habría efectos electrónicos interesantes en el límite, y el límite seguía moviéndose alrededor de nosotros, ", Dijo LeRoy." Al principio fue frustrante, pero una vez que nos dimos cuenta de lo que estaba pasando, resultó ser el efecto más interesante ".

Al aplicar un campo eléctrico para mover el límite, Ahora es posible por primera vez cambiar la estructura cristalina del grafeno de forma controlada.

"Ahora tenemos una perilla que podemos girar para cambiar el material de metálico a semiconductor y viceversa para controlar el flujo de electrones, ", Dijo LeRoy." Básicamente nos da un interruptor de encendido y apagado, que aún no se había realizado en grafeno ".

Si bien se necesita más investigación antes de que el grafeno se pueda aplicar en aplicaciones tecnológicas a escala industrial, los investigadores ven formas de utilizarlo.

"Si usó un electrodo ancho en lugar de una punta puntiaguda, podría mover el límite entre las dos configuraciones una distancia mayor, que podría hacer posible la creación de transistores a partir de grafeno, ", Dijo Yankowitz.

Los transistores son un elemento básico de los circuitos electrónicos porque controlan el flujo de electrones.

A diferencia de los transistores de silicio que se usan ahora, Los transistores basados ​​en grafeno podrían ser extremadamente delgados, haciendo que el dispositivo sea mucho más pequeño, y dado que los electrones se mueven a través del grafeno mucho más rápido que a través del silicio, los dispositivos permitirían una informática más rápida.

Además, Los transistores basados ​​en silicio se están fabricando para funcionar como uno de dos tipos, tipo p o tipo n, mientras que el grafeno podría funcionar como ambos. Esto los haría más baratos de producir y más versátiles en sus aplicaciones.