La inyección de calcio en el grafeno crea un superconductor, pero, ¿dónde acaba realmente el calcio? Crédito:FLOTA
Agregar calcio a una estructura compuesta de sustrato de grafeno crea un superconductor de alta temperatura de transición (Tc).
En un nuevo estudio, un equipo dirigido por Australia ha confirmado por primera vez lo que realmente les sucede a esos átomos de calcio:sorprendiendo a todos, el calcio pasa por debajo de la hoja de grafeno superior y una hoja de amortiguación inferior, flotando el grafeno sobre un lecho de átomos de calcio.
El grafeno superconductor inyectado con calcio es muy prometedor para la electrónica de bajo consumo y la electrónica transparente.
Estudiar el grafeno dopado con calcio:deshacerse del edredón
Las propiedades del grafeno se pueden ajustar mediante la inyección de otro material (un proceso conocido como intercalación) ya sea debajo del grafeno, o entre dos láminas de grafeno.
Esta inyección de átomos o moléculas extraños altera las propiedades electrónicas del grafeno al aumentar su conductancia, disminución de interacciones con el sustrato, o ambos.
La inyección de calcio en el grafito crea un material compuesto (grafito intercalado con calcio, CaC 6 ) con una temperatura de transición superconductora relativamente alta (T C ). En este caso, los átomos de calcio residen en última instancia entre las láminas de grafeno.
La inyección de calcio en grafeno sobre un sustrato de carburo de silicio también crea una alta T C superconductor, y siempre pensamos que sabíamos a dónde iba el calcio también en este caso ...
Autor principal Ph.D. estudiante Jimmy Kotsakidis. Crédito:Facultad de Física y Astronomía, Universidad Monash
El grafeno sobre carburo de silicio tiene dos capas de átomos de carbono:una capa de grafeno sobre otra capa amortiguadora:una capa de carbono (de estructura similar al grafeno) que se forma entre el grafeno y el sustrato de carburo de silicio durante la síntesis, y no es conductor debido a que está parcialmente adherido a la superficie del sustrato.
"Imagina que el carburo de silicio es como un colchón con una sábana ajustada (la capa protectora adherida a él) y una sábana plana (el grafeno), "explica el autor principal Jimmy Kotsakidis.
La sabiduría convencional sostenía que el calcio debería inyectarse entre las dos capas de carbono (entre dos hojas), similar a la inyección entre las capas de grafeno en grafito. Asombrosamente, el equipo dirigido por la Universidad de Monash descubrió que cuando se inyecta, La ubicación de destino final de los átomos de calcio se encuentra en cambio entre la capa amortiguadora y el sustrato de carburo de silicio subyacente (¡entre la sábana ajustable y el colchón!).
"Fue una gran sorpresa para nosotros cuando nos dimos cuenta de que el calcio se estaba adhiriendo a la superficie de silicio del sustrato, realmente fue en contra de lo que pensamos que sucedería, "explica Kotsakidis.
Tras la inyección, el calcio rompe los enlaces entre la capa amortiguadora y la superficie del sustrato, por lo tanto, haciendo que la capa de amortiguación 'flote' sobre el sustrato, creando un nuevo, estructura de grafeno bicapa casi independiente (Ca-QFSBLG).
Este resultado fue inesperado, con extensos estudios previos que no consideran la intercalación del calcio debajo de la capa amortiguadora. El estudio resuelve así la confusión y la controversia de larga data sobre la posición del calcio intercalado.
Las mediciones de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) en el Sincrotrón de Australia pudieron identificar la ubicación del calcio cerca de la superficie de carburo de silicio
Los resultados también fueron respaldados por difracción de electrones de baja energía (LEED), y mediciones de microscopía de túnel de barrido (STM), y modelando utilizando la teoría funcional de la densidad (DFT).
Medidas por STM (mostrado), XPS y LEED señalaron la ubicación del calcio cerca de la superficie de SiC. Crédito:FLOTA
Y magnesio también ...
Con esta información a mano, El equipo australiano también decidió investigar si el magnesio, que es notoriamente difícil de inyectar en la estructura del grafito, podría insertarse (intercalarse) en el grafeno sobre un sustrato de carburo de silicio.
Para sorpresa de los investigadores, el magnesio se comportó de manera notablemente similar al calcio, y también inyectado entre el grafeno y el sustrato, de nuevo flotando el grafeno.
Tanto el grafeno tipo n intercalado con magnesio como con calcio doparon el grafeno, y resultó en un grafeno de baja función de trabajo, un aspecto atractivo cuando se usa grafeno como contacto eléctrico conductor para otros materiales.
Pero a diferencia del calcio, El grafeno intercalado con magnesio se mantuvo estable en la atmósfera durante al menos seis horas. superando un importante obstáculo técnico para el grafeno intercalado alcalino y alcalinotérreo.
"El hecho de que Mg-QFSBLG sea un material de baja función de trabajo y que el tipo n adultere al grafeno mientras permanece bastante estable en la atmósfera ambiental es un gran paso en la dirección correcta para implementar estos nuevos materiales intercalados en aplicaciones tecnológicas, "explica el coautor, el profesor Michael Fuhrer.
"El grafeno intercalado con magnesio podría ser un trampolín hacia el descubrimiento de otros intercaladores igualmente estables".
El papel, "Grafeno independiente n-dopado mediante la intercalación de calcio y magnesio en la interfaz de la capa amortiguadora-SiC (0001), "fue publicado en Química de Materiales en julio de 2020.
