Una técnica láser desbloquea el potencial del grafeno en electrónica

PURDUE UNIVERSITY/GARY CHENG

   MADRID, 31 May. (EUROPA PRESS) -

   Una técnica láser otorga más flexibilidad para aprovechar las propiedades ópticas, magnéticas y térmicas del grafeno, que no pueden explotarse porque no conduce la electricidad por su cuenta.

   Para ser útil en microelectrónica, el grafeno debería llevar una corriente eléctrica que se encienda y apague, como lo hace el silicio en forma de miles de millones de transistores en un chip de computadora. Este cambio crea cadenas de 0 y 1 que una computadora usa para procesar la información.

   Para superar esa limitación, investigadores de la Universidad de Purdue utilizan una técnica de láser para forzar permanentemente el grafeno en una estructura que permite el flujo de corriente eléctrica.

   Esta estructura es la llamada "banda de separación". Los electrones necesitan saltar esta brecha para convertirse en electrones de conducción, lo que los hace capaces de transportar corriente eléctrica. Pero el grafeno, naturalmente, no tiene una brecha de banda.

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

   "Esta es la primera vez que un esfuerzo ha logrado brechas de banda tan altas sin afectar al grafeno, como por ejemplo mediante el dopaje químico. Simplemente hemos tensado el material", dijo Gary Cheng, profesor de ingeniería industrial en Purdue, cuyo laboratorio ha investigado varios formas de hacer el grafeno más útil para aplicaciones comerciales.

   La presencia de un intervalo de banda permite que los materiales semiconductores cambien entre aislar o conducir una corriente eléctrica, dependiendo de si sus electrones son empujados a través del intervalo de banda o no.

   Según los investigadores, superar los 0,5 voltios electrónicos libera aún más potencial para el grafeno en los dispositivos electrónicos de la próxima generación. Su trabajo aparece en Advanced Materials.

   "Los investigadores en el pasado abrieron la brecha de la banda simplemente estirando el grafeno, pero el estiramiento solo no aumenta mucho la brecha de la banda. Es necesario cambiar la forma del grafeno de forma permanente para mantener abierta la brecha de la banda", dijo Cheng en un comunicado.

   Cheng y sus colaboradores no solo mantuvieron la banda abierta en el grafeno, sino que también lograron ajustar el ancho de la brecha de cero a 2,1 voltios electrónicos, dando a los científicos y fabricantes la opción de usar ciertas propiedades del grafeno dependiendo de lo que quieran que haga el material.

   Los investigadores hicieron que la brecha de la banda fuera permanente en el grafeno usando una técnica llamada impresión por impacto 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 en una hoja subyacente de grafeno. El amortiguador láser somete el grafeno a un molde similar a una zanja, y lo moldea permanentemente ajustando la potencia del láser al espacio de banda.