Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Columbia ha desarrollado una técnica para manipular la conductividad eléctrica del grafeno con compresión. acercando el material un paso más a ser un semiconductor viable para su uso en los dispositivos electrónicos actuales.

"El grafeno es el mejor conductor eléctrico que conocemos en la Tierra, "dijo Matthew Yankowitz, investigador científico postdoctoral en el departamento de física de Columbia y primer autor del estudio. "El problema es que es demasiado bueno para conducir electricidad, y no sabemos cómo detenerlo de forma eficaz. Nuestro trabajo establece por primera vez una ruta para lograr una banda prohibida tecnológicamente relevante en el grafeno sin comprometer su calidad. Adicionalmente, si se aplica a otras combinaciones interesantes de materiales 2-D, la técnica que usamos puede conducir a nuevos fenómenos emergentes, como el magnetismo, superconductividad, y más."

El estudio, financiado por la National Science Foundation y la David and Lucille Packard Foundation, aparece en la edición del 17 de mayo de Naturaleza .

Las inusuales propiedades electrónicas del grafeno, un material bidimensional (2-D) compuesto por átomos de carbono unidos hexagonalmente, han emocionado a la comunidad de la física desde su descubrimiento hace más de una década. El grafeno es el más fuerte material más delgado que se sepa que existe. También resulta ser un conductor superior de electricidad:la disposición atómica única de los átomos de carbono en el grafeno permite que sus electrones viajen fácilmente a una velocidad extremadamente alta sin la posibilidad significativa de dispersión. ahorrando energía preciosa que normalmente se pierde en otros conductores.

Pero apagar la transmisión de electrones a través del material sin alterar o sacrificar las cualidades favorables del grafeno ha resultado infructuoso hasta la fecha.

"Uno de los grandes objetivos en la investigación del grafeno es encontrar una manera de mantener todas las cosas buenas del grafeno pero también crear una banda prohibida:un interruptor de encendido y apagado eléctrico, "dijo Cory Dean, profesor asistente de física en la Universidad de Columbia e investigador principal del estudio. Explicó que los esfuerzos anteriores para modificar el grafeno para crear tal banda prohibida han degradado las propiedades intrínsecamente buenas del grafeno. haciéndolo mucho menos útil. Una superestructura es prometedora, sin embargo. Cuando el grafeno se intercala entre capas de nitruro de boro (BN), un aislante eléctrico atómicamente delgado, y los dos materiales están alineados rotacionalmente, Se ha demostrado que la BN modifica la estructura electrónica del grafeno, creando una banda prohibida que permite que el material se comporte como un semiconductor, es decir, tanto como conductor eléctrico como aislante. La banda prohibida creada solo por esta capa, sin embargo, no es lo suficientemente grande para ser útil en el funcionamiento de dispositivos de transistores eléctricos a temperatura ambiente.

En un esfuerzo por mejorar esta banda prohibida, Yankowitz, Decano, y sus colegas del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, la Universidad de Seúl en Corea, y la Universidad Nacional de Singapur, comprimió las capas de la estructura de BN-grafeno y descubrió que la aplicación de presión aumentaba sustancialmente el tamaño de la banda prohibida, bloqueando más eficazmente el flujo de electricidad a través del grafeno.

"A medida que apretamos y aplicamos presión, la brecha de banda crece, ", Dijo Yankowitz." Todavía no es un espacio lo suficientemente grande, un interruptor lo suficientemente fuerte, para ser utilizado en dispositivos de transistores a temperatura ambiente, pero hemos obtenido una comprensión fundamentalmente mejor de por qué existe esta banda prohibida en primer lugar, cómo se puede sintonizar, y cómo podemos dirigirnos a él en el futuro. Los transistores son omnipresentes en nuestros dispositivos electrónicos modernos, así que si podemos encontrar una manera de utilizar el grafeno como transistor, tendría aplicaciones muy extendidas ".

Yankowitz agregó que los científicos han estado realizando experimentos a altas presiones en materiales tridimensionales convencionales durante años. pero nadie había descubierto todavía la forma de hacerlo con materiales 2-D. Ahora, los investigadores podrán probar cómo la aplicación de varios grados de presión cambia las propiedades de una amplia gama de combinaciones de materiales bidimensionales apilados.

"Cualquier propiedad emergente que resulte de la combinación de materiales 2-D debería fortalecerse a medida que los materiales se comprimen, ", Dijo Yankowitz." Podemos tomar cualquiera de estas estructuras arbitrarias ahora y exprimirlas y la fuerza del efecto resultante es ajustable. Hemos agregado una nueva herramienta experimental a la caja de herramientas que usamos para manipular materiales 2-D y esa herramienta abre posibilidades ilimitadas para crear dispositivos con propiedades de diseñador ".