p Desde sua descoberta, o grafeno - uma substância incomum e versátil composta de uma rede cristalina de camada única de átomos de carbono - causou muito entusiasmo na comunidade científica. Agora, Nongjian (NJ) Tao, um pesquisador do Biodesign Institute da Arizona State University descobriu uma nova maneira de fazer grafeno, maximizando o enorme potencial do material, particularmente para uso em dispositivos eletrônicos de alta velocidade. p Junto com colaboradores do Instituto Max Planck da Alemanha, o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Utah, e a Universidade Tsinghua, Pequim, Tao criou um transistor de grafeno composto por 13 anéis de benzeno.

p A molécula, conhecido como coronene, mostra uma lacuna de banda eletrônica aprimorada, uma propriedade que pode ajudar a superar um dos obstáculos centrais à aplicação da tecnologia do grafeno para a eletrônica. O trabalho do grupo aparece na edição online avançada de 29 de junho de Nature Communications .

p Eventualmente, componentes de grafeno podem encontrar seu caminho em uma ampla gama de produtos, de lasers a chips de computador ultrarrápidos; ultracapacitores com recursos de armazenamento sem precedentes; ferramentas para detecção e diagnóstico microbiano; células fotovoltaicas; aplicativos de computação quântica e muitos outros.

p Como o nome sugere, o grafeno está intimamente relacionado ao grafite. Cada vez que um lápis é desenhado em uma página, minúsculos fragmentos de grafeno são eliminados. Quando devidamente ampliado, a substância se assemelha a uma tela de galinheiro em escala atômica. As folhas do material possuem propriedades eletrônicas e ópticas excepcionais, tornando-o altamente atraente para aplicações variadas.

p "O grafeno é um material incrível, feito de átomos de carbono conectados em uma estrutura de favo de mel, "Tao diz, apontando para a enorme mobilidade elétrica do grafeno - a facilidade com que os elétrons podem fluir através do material. Essa alta mobilidade é um parâmetro crítico para determinar a velocidade de componentes como transistores.

p Produzindo quantidades utilizáveis ​​de grafeno, no entanto, pode ser complicado. Até agora, dois métodos foram favorecidos, aquele em que o grafeno de camada única é descascado de uma folha multicamada de grafite, usando fita adesiva e outra, em que cristais de grafeno são cultivados em um substrato, como carboneto de silício.

p Em cada caso, uma propriedade intrínseca do grafeno deve ser superada para que o material seja adequado para um transistor. Como Tao explica, "um transistor é basicamente um interruptor - você liga ou desliga. Um transistor de grafeno é muito rápido, mas a relação liga / desliga é muito pequena." Isso se deve ao fato de que o espaço entre as bandas de valência e condução do material —Ou band gap como é conhecido — é zero para o grafeno.

p A fim de aumentar a lacuna da banda e melhorar a relação liga / desliga do material, folhas maiores de grafeno podem ser cortadas em tamanhos de nanoescala. Isso tem o efeito de abrir a lacuna entre as bandas de valência e condutância e melhorar a relação liga / desliga, embora essa redução de tamanho tenha um custo. O processo é trabalhoso e tende a introduzir irregularidades na forma e impurezas na composição química, que degradam um pouco as propriedades elétricas do grafeno. "Esta pode não ser realmente uma solução viável para a produção em massa, "Tao observa.

p Em vez de uma abordagem de cima para baixo em que as folhas de grafeno são reduzidas a um tamanho adequado para atuar como transistores, A abordagem do Tao é de baixo para cima - construindo o grafeno, molecular peça por peça. Para fazer isso, Tao depende da síntese química de anéis de benzeno, estruturas hexagonais, cada um formado por 6 átomos de carbono. "O benzeno é geralmente um material isolante, "Tao diz. Mas à medida que mais anéis são unidos, o comportamento do material se torna mais parecido com um semicondutor.

p Usando este processo, o grupo foi capaz de sintetizar uma molécula de coroneno, consistindo em 13 anéis de benzeno dispostos em uma forma bem definida. A molécula foi então ajustada em ambos os lados com grupos ligantes - ligantes químicos que permitem que a molécula seja ligada aos eletrodos, formando um circuito em nanoescala. Um potencial elétrico foi então passado através da molécula e do comportamento, observado. A nova estrutura exibia propriedades do transistor, mostrando interruptores liga e desliga reversíveis.

p Tao destaca que o processo de síntese química permite o ajuste fino de estruturas em termos de tamanho ideal, forma e estrutura geométrica, tornando-o vantajoso para a produção comercial em massa. O grafeno também pode ser feito sem defeitos e impurezas, reduzindo assim o espalhamento elétrico e fornecendo material com máxima mobilidade e velocidade de transporte, ideal para eletrônicos de alta velocidade.

p Em dispositivos convencionais, a resistência é proporcional à temperatura, mas nos transistores de grafeno de Tao et al., a mobilidade do elétron é devido ao tunelamento quântico, e permanece independente da temperatura - uma assinatura do processo coerente.

p O grupo acredita que será capaz de ampliar as estruturas do grafeno através da síntese química para talvez centenas de anéis, enquanto ainda mantém um gap de banda suficiente para permitir o comportamento de comutação. A pesquisa abre muitas possibilidades para a futura comercialização deste material incomum, e seu uso em uma nova geração de eletrônicos de ultra alta velocidade.