p Uma nova técnica de "crescimento modelado" para a fabricação de nanofitas de grafeno epitaxial produziu estruturas de apenas 15 a 40 nanômetros de largura que conduzem corrente quase sem resistência. Essas estruturas poderiam enfrentar o desafio de conectar dispositivos de grafeno feitos com arquiteturas convencionais - e preparar o terreno para uma nova geração de dispositivos que aproveitam as propriedades quânticas dos elétrons. p "Agora podemos fazer muito estreito, nanofitas condutoras que têm propriedades balísticas quânticas, "disse Walt de Heer, professor da Escola de Física do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Essas fitas estreitas se tornam quase como um metal perfeito. Os elétrons podem se mover através delas sem se espalhar, assim como eles fazem em nanotubos de carbono. "

p De Heer estava programado para discutir os resultados recentes deste processo de crescimento do grafeno em 21 de março no Encontro da American Physical Society de março de 2011 em Dallas. A pesquisa foi patrocinada pelo Centro de Engenharia e Pesquisa de Materiais da Fundação Nacional de Ciência (MRSEC).

p Relatado pela primeira vez em 3 de outubro na edição online avançada da revista Nature Nanotechnology , a nova técnica de fabricação permite a produção de estruturas epitaxiais de grafeno com bordas lisas. Técnicas de fabricação anteriores que usavam feixes de elétrons para cortar folhas de grafeno produziam estruturas de nanofita com bordas ásperas que espalhavam elétrons, causando interferência. As nanofitas resultantes tinham propriedades mais parecidas com isolantes do que com condutores.

p "Em nossa abordagem de crescimento com modelo, essencialmente eliminamos as arestas que retiram as propriedades desejáveis ​​do grafeno, "De Heer explicou." As bordas do grafeno epitaxial se fundem no carboneto de silício, produzindo propriedades que são realmente muito interessantes. "

p A técnica de "crescimento modelado" começa com padrões de corrosão nas superfícies de carboneto de silício nas quais o grafeno epitaxial é cultivado. Os padrões servem como modelos direcionando o crescimento das estruturas de grafeno, permitindo a formação de nanofitas e outras estruturas de larguras e formatos específicos sem o uso de técnicas de corte que produzem as arestas.

p Ao criar essas nanoestruturas de grafeno, de Heer e sua equipe de pesquisa primeiro usam técnicas convencionais de microeletrônica para gravar pequenos "degraus" - ou contornos - em um wafer de carboneto de silício cuja superfície foi tornada extremamente plana. Eles, então, aquecem a bolacha contornada até aproximadamente 1, 500 graus Celsius, que inicia a fusão que dá brilho a quaisquer bordas ásperas deixadas pelo processo de corrosão.

p Técnicas estabelecidas são então usadas para cultivar grafeno a partir de carboneto de silício, expulsando os átomos de silício da superfície. Em vez de produzir uma camada consistente de grafeno em toda a superfície do wafer, Contudo, os pesquisadores limitam o tempo de aquecimento para que o grafeno cresça apenas em partes dos contornos.

p A largura das nanofitas resultantes é proporcional à profundidade dos contornos, fornecer um mecanismo para controlar com precisão as estruturas de nanofita. Para formar estruturas complexas, várias etapas de gravação podem ser realizadas para criar modelos complexos.

p "Essa técnica nos permite evitar as etapas complicadas de litografia de feixe eletrônico que as pessoas têm usado para criar estruturas em grafeno epitaxial, "De Heer observou." Estamos vendo propriedades muito boas que mostram que essas estruturas podem ser usadas para aplicações eletrônicas reais. "

p Desde a publicação do artigo da Nature Nanotechnology, A equipe de de Heer vem aprimorando sua técnica. "Levamos isso ao extremo - as fitas mais limpas e estreitas que podemos fazer, "disse ele." Esperamos ser capazes de fazer tudo o que precisamos com as fitas de tamanho que somos capazes de fazer agora, embora provavelmente pudéssemos reduzir a largura para 10 nanômetros ou menos. "

p Enquanto a equipe da Georgia Tech continua a desenvolver transistores de alta frequência - talvez até na faixa de terahertz - seu principal esforço agora se concentra no desenvolvimento de dispositivos quânticos, de Heer disse. Esses dispositivos foram previstos nas patentes que a Georgia Tech detém sobre vários processos de grafeno epitaxial.

p "Isso significa que a maneira como faremos a eletrônica de grafeno será diferente, "explicou ele." Não seguiremos o modelo de uso de transistores de efeito de campo (FETs) padrão, mas perseguirá dispositivos que usam condutores balísticos e interferência quântica. Estamos indo direto para o uso dos efeitos da onda de elétrons no grafeno. "

p Tirar vantagem das propriedades da onda permitirá que os elétrons sejam manipulados com técnicas semelhantes às utilizadas por engenheiros ópticos. Por exemplo, a comutação pode ser realizada usando efeitos de interferência - separando feixes de elétrons e, em seguida, recombinando-os em fases opostas para extinguir os sinais.

p Os dispositivos quânticos seriam menores do que os transistores convencionais e operariam com menor potência. Devido à sua capacidade de transportar elétrons praticamente sem resistência, o grafeno epitaxial pode ser o material ideal para tais dispositivos, de Heer disse.

p "Usar as propriedades quânticas dos elétrons em vez das propriedades padrão das partículas carregadas significa abrir novas maneiras de olhar para a eletrônica, "ele previu." Esta é provavelmente a forma como a eletrônica irá evoluir, e parece que o grafeno é o material ideal para fazer essa transição. "

p A equipe de pesquisa de De Heer espera demonstrar um interruptor rudimentar operando no princípio da interferência quântica dentro de um ano.

p O grafeno epitaxial pode ser a base para uma nova geração de dispositivos de alto desempenho que aproveitarão as propriedades exclusivas do material em aplicações onde custos mais altos podem ser justificados. Silício, material eletrônico de escolha de hoje, continuará a ser usado em aplicativos onde o alto desempenho não é necessário, de Heer disse.

p "Esta é uma etapa importante do processo, "ele acrescentou." Haverá muitas surpresas à medida que avançamos para esses dispositivos quânticos e descobrimos como eles funcionam. Temos boas razões para acreditar que esta pode ser a base para uma nova geração de transistores baseada na interferência quântica. "