En lo que podría resultar un avance significativo en la fabricación de nanodispositivos basados ​​en grafeno, un equipo de investigadores del Berkeley Lab ha descubierto un nuevo mecanismo para ensamblar "islas" moleculares bidimensionales (2D) que podrían usarse para modificar el grafeno a escala nanométrica. Estas islas 2D están compuestas por moléculas F4TCNQ que atrapan la carga eléctrica de formas que son potencialmente útiles para la electrónica basada en grafeno.

"Estamos informando de un estudio de microscopía de túnel de barrido y microscopía de fuerza atómica sin contacto de las moléculas F4TCNQ en la superficie del grafeno en el que las moléculas se fusionan en islas 2D muy compactas". "dice Michael Crommie, un físico que tiene nombramientos conjuntos con la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y el Departamento de Física de UC Berkeley. "Las islas resultantes podrían usarse para controlar la densidad de portadores de carga en sustratos de grafeno, así como para modificar cómo se mueven los electrones a través de dispositivos basados ​​en grafeno. También podrían usarse para formar patrones de nanoescala precisos que exhiban una perfección estructural a escala atómica incomparable con las técnicas de fabricación convencionales ".

Crommie es uno de los cuatro autores correspondientes de un artículo que describe esta investigación publicado por ACS Nano . El artículo se titula "Autoensamblaje molecular en un entorno mal filtrado:F4TCNQ sobre grafeno / BN". Los otros autores correspondientes son Steven Louie y Marvin Cohen, ambos con Berkeley Lab y UC Berkeley, y Jiong Lu de la Universidad Nacional de Singapur. (Consulte a continuación para obtener una lista completa de coautores)

El grafeno es una hoja de carbono puro de tan solo un átomo de espesor a través de la cual los electrones se aceleran 100 veces más rápido de lo que se mueven a través del silicio. El grafeno también es más delgado y más fuerte que el silicio, convirtiéndolo en un potencial material superestrella para la industria electrónica. Sin embargo, el grafeno debe estar dopado eléctricamente para ajustar el número de portadores de carga que contiene para que sea útil en los dispositivos, y F4TCNQ ha demostrado ser un dopante eficaz para transformar el grafeno en un semiconductor "tipo p".

"Se sabe que F4TCNQ extrae electrones de un sustrato, cambiando así la densidad del portador de carga del sustrato, ", Dice Crommie." Estudios anteriores analizaron el F4TCNQ adsorbido en grafeno soportado por un sustrato metálico, lo que crea un entorno muy protegido. El F4TCNQ adsorbido en grafeno soportado por el aislante nitruro de boro (BN) crea un ambiente mal filtrado. Encontramos eso, a diferencia de los metales, Las moléculas F4TCNQ en grafeno / BN forman islas 2D mediante un mecanismo de autoensamblaje único que es impulsado por las interacciones de Coulomb de largo alcance entre las moléculas cargadas. Las moléculas cargadas negativamente se fusionan en una isla, aumentando la función de trabajo local por encima de la isla y provocando que fluyan electrones adicionales hacia la isla. Estos electrones adicionales hacen que la energía total de la capa de grafeno disminuya, resultando en la cohesión de la isla ".

Crommie y sus coautores creen que este mecanismo de formación de islas 2D también debería aplicarse a otros sistemas de adsorbato molecular que exhiben transferencia de carga en entornos mal filtrados. abriendo así la puerta para ajustar las propiedades de las capas de grafeno para aplicaciones de dispositivos.