Comenzando con un átomo faltante, referido como una vacante (arriba a la izquierda), y aplicando una carga eléctrica que atrae electrones a la región, los electrones están confinados en "orbitales" para crear un "átomo artificial" (abajo a la derecha). Las imágenes son mapas de concentración de electrones obtenidos con espectroscopía de túnel de barrido que visualizan la vacante, y luego los orbitales de electrones (en rojo) de un átomo artificial creado en grafeno. R1, R1 ’y R2 muestran los orbitales en orden de energía creciente. Crédito:Eva Andrei, Universidad Rutgers
Por primera vez, Los científicos crearon un átomo artificial sintonizable en grafeno. Demostraron que una vacante en el grafeno se puede cargar de una manera controlable, de modo que los electrones se pueden localizar para imitar los orbitales de electrones de un átomo artificial. En tono rimbombante, el mecanismo de captura es reversible (se enciende y se apaga) y los niveles de energía se pueden ajustar.
Los resultados de esta investigación demuestran un controlable, y técnica reversible para confinar electrones en grafeno. Los estados de energía de los electrones son "sintonizables". Esta capacidad de sintonización abre nuevas vías de investigación sobre el comportamiento físico único de los electrones en el grafeno. Más lejos, proporciona una metodología que podría facilitar el uso de dispositivos basados en grafeno para la electrónica del futuro, comunicaciones, y sensores.
Las notables propiedades electrónicas del grafeno han impulsado la visión de desarrollar dispositivos basados en grafeno para permitir un uso más ligero, Electrónica más rápida e inteligente y aplicaciones informáticas avanzadas. Pero el progreso hacia este objetivo se ha visto frenado por la incapacidad de confinar sus portadores de carga con voltaje aplicado. Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Rutgers desarrolló una técnica para alojar de manera estable y modificar de manera controlable los estados de carga localizados en el grafeno. Los investigadores crearon vacantes (átomos de carbono faltantes) en la red de grafeno, bombardeando la muestra con átomos de helio cargados (iones He +).
Demostraron que es posible depositar una carga positiva en el sitio vacante y cargarla gradualmente aplicando pulsos de voltaje con una punta de microscopio de efecto túnel. A medida que aumenta el cargo por la vacante, su interacción con los electrones de conducción en el grafeno sufre una transición. La interacción se convierte en un régimen en el que los electrones pueden quedar atrapados en estados de energía cuasi enlazados que se asemejan a un átomo artificial.
El equipo demostró además que los estados cuasi limitados en el lugar de la vacante se pueden sintonizar con la aplicación de un campo eléctrico externo. El mecanismo de captura se puede encender y apagar, proporcionando un nuevo paradigma para controlar y guiar los electrones en el grafeno.
