p (PhysOrg.com) - O grafeno é uma folha cristalina bidimensional de átomos de carbono - o que significa que tem apenas um átomo de espessura - através da qual os elétrons podem correr quase à velocidade da luz - 100 vezes mais rápido do que podem se mover através do silício. A incrível flexibilidade e resistência mecânica do grafeno tornam o material um superstar em potencial para a indústria eletrônica. Contudo, Considerando que os melhores materiais eletrônicos apresentam um sinal forte e ruído de fundo fraco, alcançar esta alta relação sinal-ruído tem sido um desafio para camadas simples e duplas de grafeno, especialmente quando colocado em um substrato de sílica ou algum outro dielétrico. Um dos problemas que os desenvolvedores de dispositivos enfrentam é a falta de um bom modelo de ruído de grafeno. p Trabalhando com os recursos exclusivos de nanociência da Fundição Molecular do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE), uma equipe multi-institucional de pesquisadores desenvolveu o primeiro modelo de relações sinal-ruído para ruídos de baixa frequência em grafeno em sílica. Seus resultados mostram padrões de ruído que funcionam exatamente o oposto dos padrões de ruído em outros materiais eletrônicos.

p O cientista de materiais do Berkeley Lab, Yuegang Zhang, conduziu um estudo no qual foi determinado que, para o grafeno na sílica, o ruído do sinal de fundo é mínimo próximo à região do grafeno onde a densidade de estados de elétrons (o número de estados de energia disponíveis para cada elétron) é mais baixa. Para semicondutores, como o silício, na região onde os estados de densidade de elétrons são baixos, o ruído de fundo é mais alto. Contudo, havia diferenças distintas nos padrões de ruído do grafeno de camada única e dupla.

p "Nesse trabalho, apresentamos as características de ruído de baixa frequência de quatro sondas em amostras de grafeno de camada única e dupla, usando uma estrutura de dispositivo back-gated que ajuda a simplificar a física na compreensão das interações entre o grafeno e o substrato de sílica, "diz Zhang." Para o grafeno de camada única, descobrimos que o ruído foi reduzido perto ou longe da densidade de elétrons mais baixa dos estados, às vezes referido como o ponto de Dirac para o grafeno, formando um padrão em forma de M. Para o grafeno de duas camadas, encontramos uma redução de ruído semelhante perto do ponto de Dirac, mas um aumento a partir desse ponto, formando um padrão em forma de V. Os dados de ruído perto do ponto de Dirac correlacionados com a falta de homogeneidade de carga espacial. "

p Os resultados desta pesquisa são publicados na revista. Nano Letras em um artigo intitulado "Effect of Spatial Charge Inhomogeneity on 1 / f Noise Behavior in Graphene." Guangyu Xu foi coautor do artigo com Zhang, Carlos
Torres Jr., Fei Liu, Emil Song, Minsheng Wang, Yi Zhou, Caifu Zeng e Kang Wang.

p Autor principal, Guangyu Xu, um físico do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade da Califórnia (UC) em Los Angeles, diz que a falta de homogeneidade da carga espacial responsável pelos padrões de ruído únicos do grafeno foi provavelmente causada pelas impurezas de carga perto da interface grafeno-substrato.

p "Nosso experimento descarta cuidadosamente outros possíveis fatores extrínsecos que podem influenciar o resultado, "Xu diz." Concluímos a correlação entre a característica de ruído anômalo e a falta de homogeneidade da carga espacial, é um
dos principais mecanismos de espalhamento de portadores para amostras de grafeno não suspensas. "

p Xu diz que este modelo de características de ruído de baixa frequência no grafeno deve ser uma ajuda significativa para a fabricação de dispositivos eletrônicos porque a polarização no regime de baixo ruído pode ser projetada no dispositivo.

p "Isso vai beneficiar a alta relação sinal-ruído do grafeno, "Xu diz.