Impresión artística de un sensor cuántico de diamantes. El "foco" representa la luz que atraviesa el defecto del diamante y detecta el movimiento de los electrones. Los electrones se muestran como esferas rojas, seguido de hilos rojos que revelan su camino a través del grafeno (una sola capa de átomos de carbono). Crédito:David A. Broadway / cqc2t.org
Investigadores de la Universidad de Melbourne son los primeros en el mundo en visualizar cómo se mueven los electrones en el grafeno bidimensional. un impulso al desarrollo de la electrónica de próxima generación.
Capaz de visualizar el comportamiento de los electrones en movimiento en estructuras de un solo átomo de espesor, la nueva técnica supera limitaciones significativas con los métodos existentes para comprender las corrientes eléctricas en dispositivos basados en materiales ultrafinos.
"Dispositivos electrónicos de última generación basados en materiales ultrafinos, incluidas las computadoras cuánticas, será especialmente vulnerable a contener pequeñas grietas y defectos que interrumpan el flujo de corriente, "dijo el profesor Lloyd Hollenberg, Subdirector del Centro de Tecnología de la Comunicación y Computación Cuántica (CQC2T) y Cátedra Thomas Baker de la Universidad de Melbourne.
Un equipo dirigido por Hollenberg utilizó una sonda cuántica especial basada en un 'centro de color' de tamaño atómico que se encuentra solo en diamantes para obtener imágenes del flujo de corrientes eléctricas en el grafeno. La técnica podría usarse para comprender el comportamiento de los electrones en una variedad de nuevas tecnologías.
"La capacidad de ver cómo las corrientes eléctricas se ven afectadas por estas imperfecciones permitirá a los investigadores mejorar la confiabilidad y el rendimiento de las tecnologías existentes y emergentes. Estamos muy entusiasmados con este resultado, lo que nos permite revelar el comportamiento microscópico de la corriente en dispositivos de computación cuántica, grafeno y otros materiales 2D, " él dijo.
"Los investigadores de CQC2T han logrado un gran progreso en la fabricación a escala atómica de nanoelectrónica en silicio para computadoras cuánticas. Al igual que las hojas de grafeno, estas estructuras nanoelectrónicas tienen esencialmente un átomo de espesor. El éxito de nuestra nueva técnica de detección significa que tenemos el potencial de observar cómo se mueven los electrones en tales estructuras y ayudar a nuestra comprensión futura de cómo operarán las computadoras cuánticas ".
Además de comprender la nanoelectrónica que controla las computadoras cuánticas, la técnica podría usarse con materiales 2D para desarrollar electrónica de próxima generación, almacenamiento de energía (baterías), pantallas flexibles y sensores bioquímicos.
"Nuestra técnica es poderosa pero relativamente sencilla de implementar, lo que significa que podría ser adoptado por investigadores e ingenieros de una amplia gama de disciplinas, ", dijo el autor principal, el Dr. Jean-Philippe Tetienne de CQC2T en la Universidad de Melbourne.
"Usar el campo magnético de los electrones en movimiento es una vieja idea en física, pero esta es una implementación novedosa a microescala con aplicaciones del siglo XXI ".
El trabajo fue una colaboración entre la detección cuántica basada en diamantes y los investigadores del grafeno. Su experiencia complementaria fue crucial para superar los problemas técnicos con la combinación de diamante y grafeno.
Una imagen del flujo de corriente en el grafeno, obtenido utilizando un sensor cuántico de diamante. El color revela dónde se encuentran los defectos al mostrar la intensidad de la corriente, es decir, el número de electrones que pasan por cada segundo. Crédito:Universidad de Melbourne / cqc2t.org
"Nadie ha podido ver lo que está sucediendo con las corrientes eléctricas en el grafeno antes, "dijo Nikolai Dontschuk, investigador de grafeno en la Escuela de Física de la Universidad de Melbourne.
"Construir un dispositivo que combinara grafeno con el centro de color de vacante de nitrógeno extremadamente sensible en el diamante fue un desafío, pero una ventaja importante de nuestro enfoque es que no es invasivo y es robusto:no interrumpimos la corriente al sentirla de esta manera, " él dijo.
Tetienne explicó cómo el equipo pudo usar el diamante para obtener imágenes de la corriente con éxito.
"Nuestro método consiste en hacer brillar un láser verde sobre el diamante, y ver la luz roja que surge de la respuesta del centro de color al campo magnético de un electrón, " él dijo.
"Al analizar la intensidad de la luz roja, determinamos el campo magnético creado por la corriente eléctrica y somos capaces de visualizarlo, y ver literalmente el efecto de las imperfecciones materiales ".
Los resultados de las imágenes actuales se publicaron hoy en la revista Avances de la ciencia .
