Un estudio realizado en el Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP), Brasil, ha resuelto una controversia de larga data sobre los defectos en el grafeno. La controversia está relacionada con el cálculo de la estructura electrónica general de defectos. Esta configuración, que comprende muchas variables, se describió de diferentes formas según el investigador y el modelo utilizado. La solución, que es idéntico para todos los modelos y compatible con los resultados experimentales, fue obtenido por la chilena Ana María Valencia García y su supervisora ​​de doctorado, Marília Junqueira Caldas, Catedrático de IF-USP.

En la revista se ha publicado un artículo escrito por ambos investigadores. Revisión física B , titulado "Defecto de vacante única en el grafeno:información sobre sus propiedades magnéticas a partir de modelos teóricos".

"Hubo divergencias en la comunidad con respecto a si la vacante formada al eliminar un solo átomo de carbono de la red cristalina de una hoja de grafeno causa un momento magnético débil o fuerte, y en cuanto a la fuerza de la interacción magnética entre las vacantes, "Dijo Caldas. La vacante hace que los átomos circundantes se reorganicen en nuevas combinaciones para adaptarse a la ausencia de un átomo, formando grupos de electrones conocidos como "orbitales flotantes" en el sitio vacante.

Tres variables importantes están asociadas con el fenómeno:densidad de electrones, es decir., cómo se distribuyen los electrones; niveles de electrones, es decir., los niveles de energía ocupados por los electrones; y momento magnético, es decir., el par producido en los electrones por un campo magnético externo.

Uso de primera mano del método híbrido en grafeno

"Hay dos formas de calcular la estructura electrónica general de la región de vacantes, ambos derivados de la mecánica cuántica:el método Hartree-Fock (HF), y teoría funcional de la densidad (DFT). En DFT, el cálculo se realiza haciendo que cada electrón interactúe con la densidad de electrones promedio, que incluye el electrón en cuestión. En HF, el operador utilizado excluye el electrón y considera solo su interacción con los demás. HF produce resultados más precisos para la estructura electrónica, pero el cálculo es mucho más laborioso, "Dijo Caldas.

"Los dos métodos se combinan a menudo mediante funciones híbridas, que se mencionan en la literatura científica desde finales del siglo XX. Yo mismo trabajé con ellos hace algún tiempo en un estudio sobre polímeros, pero nunca se habían utilizado en el caso del grafeno. Lo que hicimos Ana María Valencia García y yo fue descubrir el híbrido funcional que mejor describe el material. Aplicado a varios modelos mediante simulación por ordenador, nuestro funcional híbrido produjo el mismo resultado para todos ellos y este resultado coincidió con los datos experimentales ".

Además de resolver la controversia, que había durado años, Otro aspecto interesante de esta investigación es el problema que la motivó. "Llegamos a ella a través del interés que despertó un material conocido como tierra oscura antropogénica o ADE, "Explicó Caldas." ADE es una especie de muy oscuro, suelo fértil que se encuentra en varias partes del mundo, incluido el Amazonas. Retiene la humedad incluso a altas temperaturas, y permanece fértil incluso bajo fuertes lluvias. Se le llama antropogénica porque su composición deriva de basureros y cultivos por parte de poblaciones indígenas en el período precolombino hace al menos dos milenios. Se sabía que este intrigante material era el resultado de varias capas de nanoflakes de grafeno apiladas. Fue nuestro interés en ADE lo que nos llevó a estudiar el fenómeno de la vacante en las láminas de grafeno ".

En conclusión, Cabe señalar que existen aplicaciones potenciales de vacantes en láminas de grafeno, ya que la información se puede codificar en el defecto y no en toda la estructura. Se necesitará mucha más investigación antes de que se puedan desarrollar aplicaciones, sin embargo.