Investigadores daneses han mapeado por primera vez la movilidad del portador y la densidad de grandes hojas de grafeno con radiación electromagnética.
Durante la última década, la forma habitual de medir las propiedades electrónicas del grafeno, en particular la movilidad del portador y la densidad del portador, que juntos dan la conductancia de la hoja - ha sido fabricar un dispositivo similar a un transistor y medir electrónicamente cómo cambia la conductancia en función del voltaje de la puerta electrostática aplicada. Este enfoque totalmente electrónico es mejor cuando se trata de pequeñas piezas de grafeno, como las escamas microscópicas producidas por la escisión micromecánica (también conocido como el 'método de la cinta adhesiva'); sin embargo, Los avances en las técnicas de producción de grafeno ahora nos permiten producir continuamente grandes áreas de grafeno metros de diámetro. Producir y medir miles o millones de dispositivos microscópicos a partir de tales hojas no sería práctico y reduciría el área útil de grafeno para la aplicación prevista. Necesitamos poder verificar las propiedades electrónicas de regiones tan grandes sin destruirlas en el proceso.
Investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) han demostrado que tanto la movilidad del portador como la densidad del portador del grafeno se pueden medir de una manera no destructiva y resuelta espacialmente, proporcionando 'mapas' de las propiedades electrónicas críticas para el uso exitoso de grafeno en fotovoltaica, electrónica, espintrónica y óptica:utilizando radiación de terahercios (THz) y eliminando la necesidad de fabricar dispositivos. Usando un procedimiento conocido como espectroscopia en el dominio del tiempo THz, Jonas Buron y sus colegas de los equipos de investigación de DTU dirigidos por Peter Uhd Jepsen y Peter Bøggild midieron la movilidad del portador y la densidad del portador en decenas de miles de puntos en una sola capa de grafeno del tamaño de un centímetro.
Un paso habilitador clave en estas primeras mediciones sin contacto de las propiedades electrónicas del grafeno fue la comprensión de que la conductancia del grafeno podría ajustarse durante las mediciones utilizando una puerta trasera. que es transparente a la radiación de THz. "Si bien todavía necesitamos transferir el grafeno a un sustrato especial con la puerta invisible THz, es mucho más fácil y menos destructivo que las técnicas convencionales ... y mucho, mucho mas rápido", dice Jonas Buron. Para muchas aplicaciones electrónicas del grafeno, la fabricación de una puerta trasera es un paso necesario de todos modos. "Con algo de optimización, podríamos mapear potencialmente la movilidad del portador y la densidad de una oblea de 4 pulgadas recubierta de grafeno en minutos".
Los mapas de las propiedades electrónicas del grafeno ya brindan información y sorpresas sobre el origen de su variación espacial:en una muestra, los investigadores observaron el doble de variación en la movilidad que en la densidad de portadores. Las variaciones en la conductancia generalmente se atribuyen a cambios en la densidad de portadores debido a variaciones de dopaje, pero los investigadores demostraron que aquí este no era el caso. "A menudo hemos notado variaciones tan lentas de la conductividad en muchos centímetros en las mediciones de THz". Peter Bøggild explicó. "Pero dado que el grafeno se dopa tan fácilmente debido a su extrema relación superficie-volumen, siempre esperábamos que estuvieran relacionados con las variaciones locales del nivel de dopaje. En este caso, tenemos la situación exactamente opuesta, y esto es desconcertante. Sin esta técnica de mapeo de movilidad nunca lo hubiéramos sabido ".
La técnica THz-TDS tiene un gran potencial, añade Peter Uhd Jepsen. "Ya es sorprendente cuán profunda es la información que podemos extraer de la transmisión de radiación a través de una delgada hoja de átomos de carbono de tan solo 0,3 nm, que está soportado por una pieza de silicio 1,5 millones de veces más gruesa. Todavía estamos aprendiendo a caracterizar las propiedades eléctricas del grafeno sin contactos eléctricos, y parece haber excelentes opciones para mejorar y acelerar la técnica ".
