Medição das bandas eletrônicas de grafeno de camada dupla em rutênio, que têm as características de grafeno monocamada independente. Uma dessas características é uma forma típica de cone das faixas próximas à energia de Fermi. A inserção mostra um cálculo desses "cones de Dirac" para comparação. No fundo, é mostrada uma representação esquemática da estrutura de rede do grafeno.
(PhysOrg.com) - Ao controlar o crescimento em camadas de grafeno - uma forma relativamente "nova" de carbono com apenas um único átomo de espessura - os pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven descobriram detalhes intrigantes sobre as propriedades elétricas e ópticas superiores do material. Suas descobertas podem ajudar a posicionar o grafeno como o material de próxima geração para futuros computadores, monitores digitais, e sensores eletrônicos.
“O grafeno é um material que realmente tem potencial para substituir o silício na indústria eletrônica, "disse Peter Sutter, um cientista de materiais no Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven. "É fino, transparente, Forte, e altamente condutivo - todas as características extremamente atraentes para tudo, desde chips de computador a telas sensíveis ao toque e células solares. "
Um dos maiores desafios que os pesquisadores enfrentam é descobrir como produzir grafeno em grandes quantidades. O método mais simples é descascar folhas únicas de grafeno da grafite, um material que consiste em muitas camadas de grafeno, com pedaços de fita adesiva. Mas este método produz apenas pequenas, flocos irregulares que não são úteis para a maioria das aplicações.
Em Brookhaven, O grupo de Sutter cultiva grafeno em um substrato de metal, uma técnica que pode produzir folhas de camada única em áreas muito grandes, milhares de vezes maiores do que as peças feitas com o método da "fita adesiva". Primeiro, um único cristal de rutênio é aquecido a temperaturas superiores a 1000 graus Celsius enquanto o expõe a um gás rico em carbono. Em altas temperaturas, átomos de carbono são capazes de se espremer em espaços dentro do cristal de metal, semelhante à água sendo absorvida por uma esponja. Conforme o cristal é resfriado lentamente, esses átomos de carbono são expelidos para a superfície do metal, onde eles formam camadas individuais de grafeno. O número de camadas formadas pode ser controlado pela quantidade de átomos de carbono inicialmente absorvidos pelo cristal de rutênio.
"Um dos aspectos únicos deste método é que podemos controlar a espessura do material, crescendo de grafeno camada por camada, "Sutter disse." Isso nos permitiu ver como a estrutura e as propriedades eletrônicas do material mudam à medida que camadas de carbono atômico individuais são adicionadas ao substrato, uma de cada vez.
Como o grupo de pesquisa queria determinar como o substrato de metal afeta as propriedades do grafeno, era importante monitorar as características do material em camadas conforme ele crescia - uma capacidade fornecida por um microscópio especial na linha de luz NSLS U5.
"Primeiro, pudemos ver como o material cresceu, e então, sem movê-lo do sistema, fomos capazes de ligar o feixe de fótons e determinar sua estrutura eletrônica, "Stutter disse." É extremamente valioso fazer tudo no mesmo ambiente. "
Para obter medidas para o material com diferentes números de folhas de grafeno, o grupo usou espectroscopia de fotoelétrons resolvida por micro-ângulo, uma técnica que permite aos pesquisadores estudar a estrutura eletrônica de regiões de interesse muito pequenas.
Suas descobertas, publicado em 8 de julho, Edição de 2009 de Nano Letras , foram surpreendentes.
"Descobrimos que se uma única folha de grafeno for cultivada em um metal como o rutênio, o metal se liga fortemente aos átomos de carbono e perturba as propriedades características normalmente encontradas no grafeno isolado, "Sutter disse." Mas essas propriedades ressurgem em camadas subsequentes cultivadas no substrato. "
Em outras palavras, a primeira camada de grafeno crescida em rutênio sacia o substrato de metal, permitindo que o resto das camadas recuperem suas propriedades normais.
“Como resultado desse processo de crescimento, uma pilha de duas camadas atua como uma monocamada isolada de grafeno e uma pilha de três camadas atua como uma bicamada isolada, "Sutter disse.
As descobertas do grupo, que também inclui os pesquisadores de Brookhaven Mark Hybertsen, Jurek Sadowski, e Eli Sutter, estabelece bases para a futura produção de grafeno para tecnologias avançadas, e ajuda os pesquisadores a entender como os metais - por exemplo, nos contatos do dispositivo - alteram as propriedades do grafeno.
