En el drama televisivo "Misión imposible, "Las instrucciones para la misión se entregaron en una cinta de audio que se destruyó a sí misma inmediatamente después de ser reproducida. Si esa serie alguna vez se reviviera, sus productores podrían querer hablar con el profesor del Instituto de Tecnología de Georgia, Andrei Fedorov, sobre el uso de sus "circuitos en desaparición" para entregar las instrucciones.

Usando átomos de carbono depositados en grafeno con un proceso de haz de electrones enfocado, Fedorov y sus colaboradores han demostrado una técnica para crear patrones dinámicos en superficies de grafeno. Los patrones podrían usarse para hacer circuitos electrónicos reconfigurables, que evolucionan durante un período de horas antes de desaparecer finalmente en un nuevo estado electrónico del grafeno. El grafeno también está formado por átomos de carbono, pero en una forma muy ordenada.

Reportado en la revista Nanoescala , La investigación fue apoyada principalmente por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU., e involucró la colaboración con investigadores del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Más allá de permitir la fabricación de circuitos que desaparecen, la tecnología podría usarse como una forma de liberación programada en la que la disipación de los patrones de carbono podría controlar otros procesos, como la liberación de biomoléculas.

"Ahora podremos dibujar circuitos electrónicos que evolucionen con el tiempo, "dijo Andrei Fedorov, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff en Georgia Tech. "Podría diseñar un circuito que funcione de una manera ahora, pero después de esperar un día a que el carbono se difunda sobre la superficie del grafeno, ya no tendrías un dispositivo electrónico. Hoy el dispositivo haría una cosa; mañana haría algo completamente diferente ".

El proyecto comenzó como una forma de limpiar los hidrocarburos que contaminan la superficie del grafeno. Pero los investigadores pronto se dieron cuenta de que podían usarlo para crear patrones, utilizando el carbono amorfo producido a través de la "escritura" por haz de electrones como dopante para crear secciones de grafeno cargadas negativamente.

Inicialmente, los investigadores se quedaron perplejos al descubrir que sus patrones recién formados desaparecieron con el tiempo. Utilizaron mediciones electrónicas y microscopía de fuerza atómica para confirmar que los patrones de carbono se habían movido sobre la superficie del grafeno para finalmente formar una cobertura uniforme sobre toda la superficie del grafeno. El cambio suele producirse durante decenas de horas, y finalmente convierte regiones superficiales cargadas positivamente (p-dopadas) en superficies con una carga uniformemente negativa (n-dopadas) mientras forma un dominio de unión p-n intermedio en el curso de esta evolución.

"Las estructuras electrónicas cambian continuamente con el tiempo, "Explicó Fedorov." Eso te da un dispositivo reconfigurable, especialmente porque nuestra deposición de carbono se realiza sin utilizar películas a granel, sino más bien un haz de electrones que se utiliza para dibujar donde se desea que exista un dominio dopado negativamente ".

El grafeno está formado por átomos de carbono dispuestos en una red estrecha. La estructura única proporciona propiedades electrónicas atractivas que han llevado a un estudio generalizado del grafeno como un nuevo material potencial para aplicaciones electrónicas avanzadas.

Pero el grafeno todavía está formado por átomos de carbono, y cuando los patrones se depositan en la superficie con átomos de carbono ordinarios, comienzan a migrar lentamente sobre la superficie del grafeno. La velocidad a la que se mueven los átomos se puede ajustar variando la temperatura o fabricando estructuras que dirijan el movimiento de los átomos. Los átomos de carbono también se pueden "congelar" en un patrón fijo mediante el uso de un láser para convertirlos en grafito, otra forma de carbono.

"Hay varias formas de modular el estado dinámico, cambiando la temperatura porque eso controla la tasa de difusión del carbono, dirigiendo el flujo atómico, o cambiando la fase de carbono, "Dijo Fedorov." El carbono depositado a través del proceso de deposición inducida por haz de electrones enfocado (FEBID) está vinculado al grafeno muy libremente a través de interacciones de van der Waals, por lo que es móvil ".

Más allá de las posibles aplicaciones de seguridad para circuitos que desaparecen, Fedorov ve la posibilidad de mecanismos de control simplificados que utilizarían los patrones de difusión para apagar los procesos a intervalos preestablecidos. La técnica también podría usarse para cronometrar la liberación de productos farmacéuticos u otros procesos biomédicos.

"Podrías escribir información en unos y ceros con el haz de electrones, utilizar el dispositivo para transferir información, y luego, dos horas después, la información habrá desaparecido, ", dijo." En lugar de depender de algoritmos de control complejos que un microprocesador tiene que ejecutar, cambiando el estado dinámico o el propio sistema electrónico, su programa podría volverse muy simple. Quizás podría haber ciertos activados, desencadenaron procesos que podrían beneficiarse de este tipo de comportamiento en el que el estado electrónico cambia continuamente a lo largo del tiempo ".

Fedorov y sus colaboradores hasta ahora solo han demostrado la capacidad de crear patrones simples de dominios cargados en el grafeno. Su siguiente paso será utilizar sus uniones p-n para crear dispositivos que funcionen durante períodos de tiempo específicos.

Fedorov admite que este patrón de carbono dinámico podría representar un desafío para los ingenieros eléctricos acostumbrados a dispositivos estáticos que realizan las mismas funciones día tras día. Pero cree que algunos encontrarán aplicaciones útiles para este nuevo fenómeno.

"Hemos dado un paso fundamental en el descubrimiento y la comprensión, ", dijo." El siguiente paso será demostrar una aplicación complicada y única que de otro modo sería imposible de hacer con un circuito convencional. Eso traería un nivel completamente nuevo de emoción a esto ".