(Phys.org) —Graphene continúa reinando como el próximo material de superestrella potencial para la industria electrónica, un más delgado, conductor de electrones más fuerte y mucho más rápido que el silicio. Sin banda prohibida de energía natural, sin embargo, la conductancia ultrarrápida del grafeno no se puede apagar, un serio inconveniente para los transistores y otros dispositivos electrónicos. Se han implementado varias técnicas para superar este problema, siendo una de las más prometedoras la integración de capas ultrafinas de grafeno y nitruro de boro en heteroestructuras bidimensionales. Como conductores, estos híbridos de dos capas son casi tan rápidos como el grafeno puro, además, son adecuados para fabricar dispositivos. Sin embargo, Adaptar las propiedades electrónicas de las heteroestructuras de nitruro de boro y grafeno (GBN) ha sido un asunto complicado, que implican dopaje químico o activación electrostática, hasta ahora.

Investigadores del Berkeley Lab y de la Universidad de California (UC) Berkeley han demostrado una técnica mediante la cual las propiedades electrónicas de las heteroestructuras GBN se pueden modificar con luz visible. Feng Wang, un físico de materia condensada con la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y el Departamento de Física de UC Berkeley, así como investigador del Instituto Kavli Energy NanoSciences en Berkeley, dirigió un estudio en el que se utilizó el dopaje fotoinducido de heteroestructuras de GBN para crear uniones p – n y otros perfiles de dopaje útiles al tiempo que se conservaba la movilidad de electrones notablemente alta del material.

"Hemos demostrado que la luz visible puede inducir una escritura robusta y el borrado de dopaje de carga en heteroestructuras GBN sin sacrificar la alta movilidad del portador, "Dice Wang." El uso de la luz visible nos da una flexibilidad increíble y, a diferencia de la compuerta electrostática y el dopaje químico, no requiere procesos de fabricación de varios pasos que reducen la calidad de la muestra. Adicionalmente, Se pueden impartir y borrar diferentes patrones a voluntad, lo que no era posible con las técnicas de dopaje utilizadas anteriormente en heteroestructuras de GBN ".

El grafeno es una capa única de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. El nitruro de boro es un compuesto en capas que presenta una red hexagonal similar; de hecho, el nitruro de boro hexagonal a veces se denomina "grafeno blanco". Unidos por la atracción intermolecular relativamente débil conocida como la fuerza de van der Waals, Las heteroestructuras GBN han demostrado un alto potencial para servir como plataformas no solo para transistores de alta movilidad de electrones, sino también para aplicaciones optoelectrónicas, incluyendo fotodetectores y células fotovoltaicas. La clave del éxito futuro será la capacidad de dopar estos materiales de una manera comercialmente escalable. La técnica de dopaje por modulación fotoinducida desarrollada por Wang y un gran equipo de colaboradores cumple con este requisito, ya que es comparable a los esquemas de fotolitografía ampliamente utilizados hoy en día para la producción en masa en la industria de semiconductores. La iluminación de una heteroestructura de GBN incluso con solo una lámpara incandescente puede modificar el transporte de electrones en la capa de grafeno al inducir una distribución de carga positiva en la capa de nitruro de boro que se fija cuando se apaga la iluminación.

"Hemos demostrado mostrar que este dopaje fotoinducido surge de respuestas ópticas y eléctricas acopladas microscópicamente en las heteroestructuras de GBN, incluida la excitación óptica de las transiciones de defectos en el nitruro de boro, transporte eléctrico en grafeno, y transferencia de carga entre el nitruro de boro y el grafeno, ", Dice Wang." Esto es análogo al dopaje por modulación desarrollado por primera vez para semiconductores de alta calidad ".

Si bien el dopaje de modulación fotoinducida de heteroestructuras de GBN solo duró unos días si la muestra se mantuvo en la oscuridad (una mayor exposición a la luz borró el efecto), esto no es una preocupación, como explica Wang.

"Unos pocos días de dopaje por modulación son suficientes para muchas vías de investigación científica, y para algunas aplicaciones de dispositivos, la capacidad de reescritura que podemos proporcionar es más necesaria que la estabilidad a largo plazo, ", dice." Por el momento, lo que tenemos es una técnica simple para el dopaje no homogéneo en un material de grafeno de alta movilidad que abre la puerta a nuevos estudios y aplicaciones científicas ".