p Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram um novo método para usar água para ajustar o gap do nanomaterial grafeno, abrindo a porta para novos transistores baseados em grafeno e nanoeletrônica. p Ao expor um filme de grafeno à umidade, O professor Rensselaer Nikhil Koratkar e sua equipe de pesquisa foram capazes de criar uma lacuna de banda no grafeno - um pré-requisito crítico para a criação de transistores de grafeno. No coração da eletrônica moderna, transistores são dispositivos que podem ser "ligados" ou "desligados" para alterar um sinal elétrico. Os microprocessadores de computador são compostos de milhões de transistores feitos de silício de material semicondutor, para o qual a indústria está buscando ativamente um sucessor.

p Grafeno, uma folha de átomos de carbono com a espessura de um átomo, organizada como uma cerca de arame em nanoescala, não tem lacuna de banda. A equipe de Koratkar demonstrou como abrir uma lacuna de banda no grafeno com base na quantidade de água que eles adsorveram em um lado do material, ajustar precisamente o gap para qualquer valor de 0 a 0,2 elétron-volts. Este efeito foi totalmente reversível e o gap reduzido de volta a zero sob vácuo. A técnica não envolve nenhuma engenharia complicada ou modificação do grafeno, mas requer um gabinete onde a umidade possa ser controlada com precisão.

p "O grafeno é valorizado por suas propriedades mecânicas exclusivas e atraentes. Mas se você fosse construir um transistor usando grafeno, simplesmente não funcionaria, pois o grafeno atua como um semimetal e tem gap zero, "disse Koratkar, um professor do Departamento de Mecânica, Aeroespacial, e Engenharia Nuclear em Rensselaer. "Neste estudo, demonstramos um método relativamente fácil para dar ao grafeno um gap. Isso pode abrir a porta para o uso de grafeno para uma nova geração de transistores, diodos, nanoeletrônica, nanofotônica, e outros aplicativos. "

p Os resultados do estudo foram detalhados no artigo "Tunable Band gap in Graphene by the Controlled Adsorbtion of Water Molecules, "publicado esta semana pela revista Pequena .

p Em seu estado natural, o grafeno tem uma estrutura peculiar, mas sem gap. Ele se comporta como um metal e é conhecido como um bom condutor. Isso é comparado à borracha ou à maioria dos plásticos, que são isolantes e não conduzem eletricidade. Os isoladores têm uma grande lacuna de banda - uma lacuna de energia entre as bandas de valência e de condução - que impede que os elétrons conduzam livremente no material.

p Entre os dois estão os semicondutores, que pode funcionar como condutor e isolante. Os semicondutores têm uma lacuna de banda estreita, e a aplicação de um campo elétrico pode fazer com que os elétrons saltem pela lacuna. A capacidade de alternar rapidamente entre os dois estados - "ligado" e "desligado" - é o motivo pelo qual os semicondutores são tão valiosos na microeletrônica.

p "No coração de qualquer dispositivo semicondutor está um material com uma lacuna de banda, "Koratkar disse." Se você olhar para os chips e microprocessadores nos telefones celulares de hoje, dispositivos móveis, e computadores, cada um contém uma infinidade de transistores feitos de semicondutores com lacunas de banda. O grafeno é um material de banda zero, o que limita sua utilidade. Portanto, é fundamental desenvolver métodos para induzir um gap no grafeno para torná-lo um material semicondutor relevante. "

p A simetria da estrutura de rede do grafeno foi identificada como uma razão para a falta de gap do material. Koratkar explorou a ideia de quebrar essa simetria ligando as moléculas a apenas um lado do grafeno. Para fazer isso, ele fabricou grafeno em uma superfície de silício e dióxido de silício, e então expôs o grafeno a uma câmara ambiental com umidade controlada. Na câmara, moléculas de água adsorvidas pelo lado exposto do grafeno, mas não no lado voltado para o dióxido de silício. Com a simetria quebrada, o gap do grafeno fez, na verdade, Abra, Koratkar disse. Também contribui para o efeito a umidade interagindo com defeitos no substrato de dióxido de silício.

p "Outros mostraram como criar um gap no grafeno adsorvendo diferentes gases à sua superfície, mas esta é a primeira vez que é feito com água, "disse ele." A vantagem da adsorção de água, em comparação com os gases, é que é barato, não tóxico, e muito mais fácil de controlar em um aplicativo de chip. Por exemplo, com os avanços nas tecnologias de micro-embalagem, é relativamente simples construir um pequeno invólucro em torno de certas partes ou da totalidade de um chip de computador em que seja bastante fácil controlar o nível de umidade. "

p Com base no nível de umidade do gabinete, os fabricantes de chips poderiam sintonizar reversivelmente o gap de grafeno para qualquer valor de 0 a 0,2 elétron-volts, Korarkar disse.