Nos últimos anos, engenheiros eletrônicos e químicos desenvolveram diferentes técnicas de dopagem química para controlar o sinal e a concentração de portadores de carga em diferentes amostras de materiais. Os métodos de dopagem química envolvem essencialmente a introdução de impurezas em materiais ou substâncias para alterar suas propriedades elétricas.
Esses métodos promissores foram aplicados com sucesso em vários materiais, incluindo materiais de van der Waals (vdW). Os materiais VdW são estruturas caracterizadas por camadas 2D fortemente ligadas, que são ligadas na terceira dimensão através de forças de dispersão mais fracas.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley (UC Berkeley), Kavli Energy Nanosciences Institute, Beijing Institute of Technology, Shenzhen University, Tsinghua University, introduziram recentemente uma nova abordagem ajustável e reversível para o grafeno quimicamente dopado. Sua abordagem, apresentada em um artigo publicado na Nature Electronics , baseia-se na cloração assistida por laser.

“Métodos convencionais baseados em dopagem substitucional ou funcionalização de superfície resultam na degradação da mobilidade elétrica devido a desordem estrutural, e a densidade máxima de dopagem é definida pelo limite de solubilidade dos dopantes”, escreveram Yoonsoo Rho e seus colegas em seu artigo. "Mostramos que um processo de cloração assistida por laser reversível pode ser usado para criar altas concentrações de doping (acima de 3 × 10 ¹³ cm ⁻² ) em monocamadas de grafeno com quedas mínimas na mobilidade."

Para implementar sua abordagem, Rho e seus colegas usaram um feixe de laser ultravioleta (UV) de nanossegundos, com comprimento de onda de λ =213 nm (5,8 eV). Eles alinharam este feixe paralelo à superfície de sua amostra, sob um fluxo de Cl₂ gás.

O laser pulsado UV focado pode dissociar fotoquimicamente o Cl₂ moléculas, gerando radículas de Cl que se difundem por toda a amostra de grafeno. Depois de aplicarem seu método a uma amostra de grafeno, os pesquisadores coletaram medidas para determinar seus efeitos na densidade e mobilidade dos portadores de carga.

Posteriormente, a equipe usou um processo fototérmico para remover o agente de dopagem Cl. Este processo empregou um laser verde de onda contínua (CW) com comprimento de onda de (λ=532 nm (2,3 eV)), que foi aplicado na direção normal com tamanho focal de 2 μm (1/e2 ).

“Nossa abordagem usa dois lasers – com energias de fótons distintas e configurações geométricas – que são projetados para cloração e subsequente remoção de cloro, permitindo que padrões altamente dopados sejam escritos e apagados sem danificar o grafeno”, escreveram Rho e seus colegas em seu artigo.

Para avaliar seu método de dopagem reversível, a equipe o usou para criar junções fotoativas regraváveis ​​para fotodetectores baseados em grafeno. Eles descobriram que seu método de cloração assistida por laser resultou em concentrações saturáveis ​​de doping ultra-alta, produzindo uma queda mínima na mobilidade dos portadores de carga. Além disso, ao remover o dopante Cl, os padrões dopados foram totalmente apagados, sem causar nenhum dano estrutural ao grafeno.

No futuro, a abordagem assistida por laser introduzida por esta equipe de pesquisadores poderá ser usada para introduzir diferentes elementos de dopagem em materiais 2D de van der Waals. Isso, por sua vez, poderia permitir a introdução reversível de funcionalidades eletrônicas valiosas para dispositivos optoeletrônicos. + Explorar mais

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