En 2004, Los investigadores descubrieron un material súper delgado que es al menos 100 veces más fuerte que el acero y el conductor de calor y electricidad más conocido.

Esto significa que el material, grafeno podría traer una electrónica más rápida de lo que es posible hoy con el silicio.

Pero para ser realmente útil el grafeno necesitaría transportar una corriente eléctrica que se enciende y apaga, como lo que hace el silicio en forma de miles de millones de transistores en un chip de computadora. Esta conmutación crea cadenas de 0 y 1 que utiliza una computadora para procesar información.

Investigadores de la Universidad de Purdue, en colaboración con la Universidad de Michigan y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, muestran cómo una técnica láser podría estresar permanentemente al grafeno para que tenga una estructura que permita el flujo de corriente eléctrica.

Esta estructura es la denominada "banda prohibida". Los electrones necesitan saltar a través de este espacio para convertirse en electrones de conducción, lo que los hace capaces de transportar corriente eléctrica. Pero el grafeno no tiene naturalmente una banda prohibida.

Los investigadores de Purdue crearon y ampliaron la banda prohibida en el grafeno a un récord de 2,1 electronvoltios. Para funcionar como un semiconductor como el silicio, la banda prohibida debería ser al menos el récord anterior de 0,5 electronvoltios.

"Esta es la primera vez que un esfuerzo ha logrado un intervalo de banda tan alto sin afectar al grafeno en sí, como a través del dopaje químico. Hemos colado puramente el material, "dijo Gary Cheng, profesor de ingeniería industrial en Purdue, cuyo laboratorio ha investigado varias formas de hacer que el grafeno sea más útil para aplicaciones comerciales.

La presencia de una banda prohibida permite que los materiales semiconductores cambien entre aislar o conducir una corriente eléctrica, dependiendo de si sus electrones se empujan a través de la banda prohibida o no.

Superar los 0,5 electronvoltios desbloquea aún más potencial para el grafeno en los dispositivos electrónicos de próxima generación, dicen los investigadores. Su trabajo aparece en un número de Materiales avanzados .

"Los investigadores del pasado abrieron la brecha de banda simplemente estirando el grafeno, pero el estiramiento por sí solo no amplía mucho la banda prohibida. Necesita cambiar permanentemente la forma del grafeno para mantener la banda prohibida abierta, "Dijo Cheng.

Cheng y sus colaboradores no solo mantuvieron abierta la brecha de banda en el grafeno, pero también llegó a donde el ancho de la brecha podría ajustarse de cero a 2.1 electronvoltios, dando a los científicos y fabricantes la opción de usar solo ciertas propiedades del grafeno dependiendo de lo que quieran que haga el material.

Los investigadores hicieron que la estructura de la banda prohibida fuera permanente en el grafeno utilizando una técnica llamada impresión de choque láser. que Cheng desarrolló en 2014 junto con científicos de la Universidad de Harvard, el Instituto de Estudios Avanzados de Madrid y la Universidad de California, San Diego.

Para este estudio, los investigadores utilizaron un láser para crear impulsos de ondas de choque que penetraron una hoja subyacente de grafeno. El impacto del láser filtra el grafeno sobre un molde similar a una zanja, dándole forma de forma permanente. Al ajustar la potencia del láser se ajusta el intervalo de banda.

Aunque todavía está lejos de poner grafeno en dispositivos semiconductores, la técnica otorga más flexibilidad para aprovechar las ventajas ópticas del material, propiedades magnéticas y térmicas, Cheng dijo.