En un desarrollo que podría revolucionar los circuitos electrónicos, Un equipo de investigación de la Universidad de Wisconsin en Madison (UW) y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. ha confirmado una nueva forma de controlar las rutas de crecimiento de las nanocintas de grafeno en la superficie de un cristal de germainum.

El germanio es un semiconductor y este método proporciona una forma sencilla de hacer circuitos semiconductores a nanoescala de grafeno, una forma de carbono de un solo átomo de espesor.

El método fue descubierto por científicos de la Universidad de Washington y confirmado en pruebas en Argonne.

“Algunos investigadores han querido hacer transistores a partir de nanotubos de carbono, pero el problema es que crecen en todo tipo de direcciones, ", dijo Brian Kiraly de Argonne." La innovación aquí es que puede hacer crecer estos a lo largo de rutas de circuito que funcionan para su tecnología ".

Los investigadores de la Universidad de Washington utilizaron la deposición de vapor químico para hacer crecer nanocintas de grafeno en cristales de germanio. Esta técnica hace fluir una mezcla de metano, gases de hidrógeno y argón en un horno tubular. A altas temperaturas, el metano se descompone en átomos de carbono que se depositan en la superficie del germanio para formar una lámina de grafeno uniforme. Al ajustar la configuración de la cámara, el equipo de la UW pudo ejercer un control muy preciso sobre el material.

"Lo que hemos descubierto es que cuando el grafeno crece en germanio, forma naturalmente nanocintas con estas muy suaves, bordes de sillón, "dijo Michael Arnold, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison. "Los anchos pueden ser muy, muy estrecho y las longitudes de las cintas pueden ser muy largas, por lo que todas las características deseables que queremos en las nanocintas de grafeno están sucediendo automáticamente con esta técnica ".

Grafeno un átomo de espesor, hoja bidimensional de átomos de carbono, es conocido por mover electrones a la velocidad del rayo a través de su superficie sin interferencias. Esta alta movilidad hace que el material sea un candidato ideal para electrónica más eficiente en energía.

Sin embargo, la industria de los semiconductores quiere hacer que los circuitos inicien y detengan electrones a voluntad a través de intervalos de banda, como lo hacen en los chips de computadora. Como semimetal, el grafeno, naturalmente, no tiene huecos de banda, lo que lo convierte en un desafío para la adopción generalizada de la industria. Hasta ahora.

Para confirmar estos hallazgos, Los investigadores de la UW acudieron a los científicos del personal de Argonne Brian Kiraly y Nathan Guisinger en el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en Argonne.

"Tenemos algunas capacidades únicas aquí en el Centro de Materiales a Nanoescala, ", dijo Guisinger." Nuestras instalaciones no solo están diseñadas para trabajar con todo tipo de materiales, desde metales hasta óxidos, también podemos caracterizar, cultivar y sintetizar materiales ".

Usando microscopía de túnel de barrido, una técnica que utiliza electrones (en lugar de la luz o los ojos) para ver las características de una muestra, Los investigadores confirmaron la presencia de nanocintas de grafeno que crecen en el germanio. Los datos recopilados de las firmas electrónicas permitieron a los investigadores crear imágenes de las dimensiones y la orientación del material. Además, pudieron determinar su estructura de bandas y la medida en que los electrones se dispersaban por todo el material.

"Estamos analizando las propiedades físicas fundamentales para verificar que sea, De hecho, grafeno y muestra algunas propiedades electrónicas características, "dijo Kiraly." Lo que es aún más interesante es que estas nanocintas pueden crecer en ciertas direcciones en un lado del cristal de germanio, pero no los otros dos lados ".

Para uso en dispositivos electrónicos, la industria de los semiconductores está principalmente interesada en tres caras de un cristal de germanio. Representar estas caras en términos de coordenadas (X, Y, Z), donde los átomos individuales se conectan entre sí en una estructura de rejilla similar a un diamante, cada cara de un cristal (1, 1, 1) tendrá ejes distintos de uno (1, 1, 0) al otro (1, 0, 0).

Investigaciones anteriores muestran que las láminas de grafeno pueden crecer en las caras de los cristales de germanio (1, 1, 1) y (1, 1, 0). Sin embargo, esta es la primera vez que un estudio ha registrado el crecimiento de nanocintas de grafeno en el (1, 0, 0) cara.

Mientras continúan sus investigaciones, Los investigadores ahora pueden centrar sus esfuerzos en exactamente por qué las nanocintas de grafeno autodirigidas crecen en el (1, 0, 0) enfrentar y determinar si existe alguna interacción única entre el germanio y el grafeno que pueda desempeñar un papel.