El descubrimiento de los científicos del laboratorio de Berkeley podría ayudar a mejorar la electrónica del grafeno
En lo que podría ser un avance significativo en la fabricación de nanodispositivos basados en grafeno, un equipo de investigadores de Berkeley Lab ha descubierto un nuevo mecanismo para ensamblar “islas” moleculares bidimensionales (2D) que podrían usarse para modificar el grafeno en el escala nanométrica Estas islas 2D están compuestas por moléculas F4TCNQ que atrapan la carga eléctrica de formas potencialmente útiles para la electrónica basada en grafeno.
“Estamos informando sobre un estudio de microscopía de túnel de barrido y microscopía de fuerza atómica sin contacto de moléculas F4TCNQ en la superficie del grafeno en el que las moléculas se unen en islas 2D compactas”, cube Michael Crommie, un físico que tiene citas conjuntas con Berkeley. División de Ciencias de Materiales de Lab y Departamento de Física de UC Berkeley. “Las islas resultantes podrían usarse para controlar la densidad del portador de carga en los sustratos de grafeno, así como para modificar la forma en que los electrones se mueven a través de los dispositivos basados en grafeno. También podrían usarse para formar patrones precisos a nanoescala que muestren una perfección estructural a escala atómica incomparable con las técnicas de fabricación convencionales”.
Crommie es uno de los cuatro autores correspondientes de un artículo que describe esta investigación publicado por ACS Nano. El documento se titula “Autoensamblaje molecular en un entorno mal evaluado: F4TCNQ en grafeno/BN”. Los otros autores correspondientes son Steven Louie y Marvin Cohen, ambos de Berkeley Lab y UC Berkeley, y Jiong Lu de la Universidad Nacional de Singapur.
El grafeno es una hoja de carbono puro de un solo átomo de espesor a través de la cual los electrones se aceleran 100 veces más rápido de lo que se mueven a través del silicio. El grafeno también es más delgado y resistente que el silicio, lo que lo convierte en un materials superestrella potencial para la industria electrónica. Sin embargo, el grafeno debe doparse eléctricamente para ajustar la cantidad de portadores de carga que contiene para que sea útil en los dispositivos, y F4TCNQ ha demostrado ser un dopante efectivo para transformar el grafeno en un semiconductor “tipo p”.
“Se sabe que F4TCNQ extrae electrones de un sustrato, cambiando así la densidad del portador de carga del sustrato”, cube Crommie. “Estudios anteriores observaron F4TCNQ adsorbido en grafeno soportado por un sustrato de steel, lo que crea un entorno altamente protegido. F4TCNQ adsorbido en grafeno soportado por el nitruro de boro aislante (BN) crea un entorno mal apantallado. Descubrimos que, a diferencia de los metales, las moléculas F4TCNQ en grafeno/BN forman islas 2D mediante un mecanismo único de autoensamblaje que es impulsado por las interacciones de largo alcance de Coulomb entre las moléculas cargadas. Las moléculas cargadas negativamente se unen en una isla, lo que aumenta la función de trabajo native sobre la isla y hace que fluyan electrones adicionales hacia la isla. Estos electrones adicionales hacen que la energía whole de la capa de grafeno disminuya, lo que da como resultado una cohesión insular”.
Crommie y sus coautores creen que este mecanismo de formación de islas en 2D también debería aplicarse a otros sistemas de adsorbato molecular que muestran transferencia de carga en entornos mal apantallados, lo que abre la puerta al ajuste de las propiedades de las capas de grafeno para aplicaciones de dispositivos.
Además de Crommie, Louie, Cohen y Lu, otros coautores del artículo de ACS Nano fueron Hsin-Zon Tsai, Arash Omrani, Sinisa Coh, Hyungju, Sebastian Wickenburg, Younger-Woo Son, Dillon Wong, Alexander Riss, Han Sae Jung. , Giang Nguyen, Griffin Rodgers, Andrew Aikawa, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe y Alex Zettl.
