p Pesquisadores da Rice University descobriram uma maneira de costurar grafeno e nitreto de boro hexagonal (h-BN) em uma colcha bidimensional que oferece novos caminhos de exploração para cientistas de materiais. p A técnica tem implicações para a aplicação de materiais de grafeno em microeletrônica que escalam bem abaixo das limitações do silício determinadas pela Lei de Moore.

p Nova pesquisa do laboratório de Pulickel Ajayan, Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson Professor de Rice em Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais e de Química, demonstra uma maneira de obter um controle preciso na criação de tal híbrido, Estruturas 2-D.

p Camadas de h-BN com um único átomo de espessura têm a mesma estrutura de rede do grafeno, mas eletricamente os materiais estão em extremidades opostas do espectro:h-BN é um isolante, enquanto o grafeno, a forma de camada de átomo único de carbono, é altamente condutivo. A capacidade de montá-los em uma única rede pode levar a uma rica variedade de estruturas 2-D com propriedades elétricas que variam de condutor metálico a semicondutor e isolante.

p Como o grafeno é um condutor e o h-BN é um isolante, a proporção de um para o outro determina quão bem este novo material conduz os elétrons. Lijie Ci e Li Song, ambos cientistas de pós-doutorado no laboratório de Ajayan, descobriram que, eliminando domínios de h-BN e carbono por meio de deposição química de vapor (CVD), eles foram capazes de controlar a proporção de materiais no filme resultante.

p Ci e Song são os principais autores de um artigo sobre a obra que apareceu na edição online de Materiais da Natureza esta semana.

p Ajayan disse que a descoberta é emocionante para um cientista de materiais.

p "Do ponto de vista do grafeno, agora nos dá a oportunidade de explorar a engenharia de banda em sistemas bidimensionais em camadas, "disse ele." Todo o diagrama de fase do boro, carbono e nitrogênio são fascinantes, inexplorado e oferece um ótimo playground para cientistas de materiais.

p "Este é apenas o primeiro exemplo que mostra que essas estruturas podem de fato ser cultivadas em 2-D como o grafeno, "Disse Ajayan." Acho que todo o novo campo será empolgante para a física básica e as aplicações eletro-ópticas. "

p O grafeno tem sido objeto de intenso estudo nos últimos anos por sua alta condutividade e pela possibilidade de manipulá-lo em escalas que vão bem abaixo dos limites teóricos para circuitos de silício. Uma camada de grafeno é uma rede hexagonal de átomos de carbono. A granel, é chamado de grafite, o material de grafite. O grafeno foi isolado pela primeira vez em 2004 por cientistas britânicos que usaram fita adesiva para extrair camadas de um átomo de grafite.

p "O grafeno é um material muito quente agora, "disse Song, que se uniu a Ci para investigar a dopagem do grafeno com vários materiais para determinar suas propriedades semicondutoras. Sabendo que tanto o boro quanto o nitrogênio já foram usados ​​na dopagem de grafite a granel, eles decidiram tentar cozinhá-lo via CVD em uma base de cobre.

p Estruturalmente, h-BN é o mesmo que grafeno, uma rede em forma de hexágono de átomos de carbono que se parece com uma tela de galinheiro. Ci e Song descobriram que por meio do CVD, grafeno e h-BN fundidos em uma única folha atômica, com pools de h-BN quebrando a matriz de carbono.

p O fator crítico para materiais eletrônicos é o gap, que deve ser ajustado de maneira controlada para os aplicativos. O grafeno é um material com lacuna zero, mas foram propostas maneiras de ajustar essa lacuna padronizando-a em tiras em nanoescala e dopando-a com outros elementos.

p Ci e Song adotaram uma abordagem diferente por meio do CVD, controlar a proporção de carbono para h-BN em um grande, alcance útil.

p Continua sendo um desafio produzir camadas únicas do material híbrido, já que a maioria dos filmes desenvolvidos em laboratório contém duas ou três camadas. Os pesquisadores também não podem controlar a colocação de pools de h-BN em uma única folha ou os ângulos de rotação entre as camadas - mas eles estão trabalhando nisso.

p Na verdade, ter várias camadas do híbrido em vários ângulos cria ainda mais possibilidades, eles disseram. "Para grafeno puro, esta rotação afetará as propriedades eletrônicas, "disse Ci, que se mudou com o laboratório de Ajayan do Rensselaer Polytechnic Institute para Houston em 2007.

p Os pesquisadores estão considerando a produção desses materiais em wafers em escala industrial. Folhas de grafeno com vários centímetros de largura já foram sintetizadas em outros laboratórios, Ci disse. E porque o grafeno pode ser padronizado litograficamente e cortado em formas, o novo material tem grande potencial para ser fabricado em dispositivos úteis com propriedades elétricas controláveis.