Un equipo que incluye a físicos de la Universidad de Basilea ha logrado utilizar la microscopía de fuerza atómica para obtener imágenes claras de átomos de impurezas individuales en cintas de grafeno. Gracias a las fuerzas medidas en la red de carbono bidimensional del grafeno, pudieron identificar el boro y el nitrógeno por primera vez, como informan los investigadores en la revista Avances de la ciencia .

El grafeno está formado por una capa bidimensional de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. Los fuertes enlaces entre los átomos de carbono hacen que el grafeno sea extremadamente estable pero flexible. También es un excelente conductor eléctrico a través del cual la electricidad puede fluir casi sin pérdidas.

Las propiedades distintivas del grafeno se pueden ampliar aún más incorporando átomos de impurezas en un proceso conocido como "dopaje". Los átomos de impurezas provocan cambios locales de la conducción que, por ejemplo, permitir que el grafeno se utilice como un pequeño transistor y permitir la construcción de circuitos.

En una colaboración entre científicos de la Universidad de Basilea y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Tsukuba en Japón, Universidad de Kanazawa y Universidad de Kwansei Gakuin en Japón, y la Universidad Aalto en Finlandia, los investigadores crearon y examinaron específicamente cintas de grafeno que contienen átomos de impurezas.

Reemplazaron átomos de carbono particulares en la red hexagonal con átomos de boro y nitrógeno usando química de superficie, colocando compuestos precursores orgánicos adecuados sobre una superficie de oro. Bajo exposición al calor hasta 400 ° C, diminutas cintas de grafeno formadas en la superficie del oro a partir de los precursores, incluyendo átomos de impurezas en sitios específicos.

Los científicos del equipo dirigido por el profesor Ernst Meyer del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea examinaron estas cintas de grafeno utilizando microscopía de fuerza atómica (AFM). Utilizaron una punta funcionalizada con monóxido de carbono y midieron las pequeñas fuerzas que actúan entre la punta y los átomos individuales.

Este método permite detectar incluso las diferencias de fuerzas más pequeñas. Al observar las diferentes fuerzas, los investigadores pudieron mapear e identificar los diferentes átomos. "Las fuerzas medidas para los átomos de nitrógeno son mayores que las de un átomo de carbono, "explica el Dr. Shigeki Kawai, autor principal del estudio y ex postdoctorado en el equipo de Meyer. "Medimos las fuerzas más pequeñas para los átomos de boro". Las diferentes fuerzas se pueden explicar por la diferente proporción de fuerzas repulsivas, lo cual se debe a los diferentes radios atómicos.

Las simulaciones por computadora confirmaron las lecturas, demostrando que la tecnología AFM es adecuada para realizar análisis químicos de átomos de impurezas en los prometedores compuestos de carbono bidimensionales.