Los físicos teóricos de la Universidad de Rice viven al límite mientras estudian las asombrosas propiedades del grafeno. En un nuevo estudio, descubren cómo los investigadores pueden fracturar las nanocintas de grafeno para obtener los bordes que necesitan para las aplicaciones.

Una nueva investigación del físico de Rice Boris Yakobson y sus colegas muestra que debería ser posible controlar las propiedades de los bordes de las nanocintas de grafeno controlando las condiciones bajo las cuales se separan las nanocintas.

La forma en que los átomos se alinean a lo largo del borde de una cinta de grafeno, la forma de carbono del espesor de un átomo, controla si es metálico o semiconductor. La corriente pasa a través del grafeno metálico sin obstáculos, pero los semiconductores permiten cierto control sobre esos electrones.

Dado que la electrónica moderna tiene que ver con el control, El grafeno semiconductor (y los materiales bidimensionales semiconductores en general) son de gran interés para los científicos y la industria que trabajan para reducir la electrónica para aplicaciones.

En el trabajo, que apareció este mes en la revista Royal Society of Chemistry Nanoescala , El equipo de Rice utilizó modelos informáticos sofisticados para demostrar que es posible rasgar nanocintas y obtener grafeno con bordes en zigzag prístinos o con lo que se denominan zigzags reconstruidos.

El grafeno perfecto parece alambre de gallinero, con cada unidad de seis átomos formando un hexágono. Los bordes de los zigzags prístinos se ven así:////////. Al girar los hexágonos 30 grados, los bordes son "sillones, "con partes superiores e inferiores planas unidas por las diagonales. Se sabe que las propiedades electrónicas de los bordes varían de metálicas a semiconductoras, dependiendo del ancho de la cinta.

"Reconstruido" se refiere al proceso mediante el cual los átomos en el grafeno son inducidos a moverse para formar anillos conectados de cinco y siete átomos. Los cálculos de Rice determinaron que los zigzags reconstruidos son los más estables, una calidad deseable para los fabricantes.

Todo eso es genial pero todavía hay que saber cómo hacerlos.

"Hacer que los nanodispositivos basados ​​en grafeno mediante fracturas mecánicas suene atractivo, pero no tendría sentido hasta que sepamos cómo obtener los tipos correctos de bordes, y ahora lo hacemos, "dijo ZiAng Zhang, estudiante de posgrado de Rice y autor principal del artículo.

Yakobson, El investigador postdoctoral de Zhang y Rice, Alex Kutana, utilizó la teoría funcional de la densidad, un método computacional para analizar la entrada energética de cada átomo en un sistema modelo, para aprender cómo las fuerzas termodinámicas y mecánicas lograrían el objetivo.

Su estudio reveló que calentar el grafeno a 1, 000 kelvins y aplicando una fuerza baja pero constante a lo largo de un eje lo romperá de tal manera que se formarán 5-7 anillos completamente reconstruidos y definirán los nuevos bordes. En cambio, Es más probable que fracturar el grafeno con poco calor y mucha fuerza dé lugar a zigzags impecables.