p (PhysOrg.com) - Os pesquisadores desenvolveram um método para criar matrizes de cristal único de um material chamado grafeno, um avanço que abre a possibilidade de substituição do silício em computadores e eletrônicos de alto desempenho. p O grafeno é uma camada de carbono com um átomo de espessura que conduz eletricidade com pouca resistência ou geração de calor. Os arranjos podem tornar possível uma nova classe de transistores de alta velocidade e circuitos integrados que consomem menos energia do que a eletrônica de silício convencional.

p As novas descobertas representam um avanço no sentido de aperfeiçoar um método para a fabricação de grandes quantidades de monocristais do material, semelhante à produção de wafers de silício.

p "O grafeno ainda não chegou, em termos de produção em massa de alta qualidade, como silício, mas este é um passo muito importante nessa direção, "disse Yong P. Chen, autor correspondente para o novo estudo e Professor Assistente da Família Miller de Nanociência e Física na Universidade de Purdue.

p Outros pesquisadores cultivaram cristais únicos de grafeno, mas nenhum outro demonstrou como criar matrizes ordenadas, ou padrões que poderiam ser usados ​​para fabricar dispositivos eletrônicos comerciais e circuitos integrados.

p Os monocristais hexagonais são iniciados a partir de "sementes" de grafite e depois crescidos em cima de uma folha de cobre dentro de uma câmara contendo gás metano, usando um processo chamado deposição química de vapor. O método de crescimento semeado, fundamental para as novas descobertas, foi inventado por Qingkai Yu, co-autor correspondente para o estudo e professor assistente da Ingram School of Engineering da Texas State University.

p "Usando essas sementes, podemos cultivar uma matriz ordenada de milhares ou milhões de cristais únicos de grafeno, "disse Yu, que foi o pioneiro do método enquanto pesquisava na Universidade de Houston. "Esperamos que a indústria examine essas descobertas e considere as matrizes solicitadas como um meio possível de fabricar dispositivos eletrônicos."

p As descobertas são detalhadas em um artigo de pesquisa publicado online esta semana e na edição de junho da Materiais da Natureza . O trabalho foi conduzido por pesquisadores da Purdue, a Universidade de Houston, Texas State University, Laboratório Nacional de Brookhaven, Argonne National Laboratories e Carl Zeiss SMT Inc.

p O grafeno atualmente é criado em folhas "policristalinas" compostas de "grãos" posicionados aleatoriamente e de forma irregular fundidos. Ter uma matriz ordenada significa que as posições de cada cristal são previsíveis, e não aleatórios, pois são no filme policristalino.

p As matrizes permitem aos pesquisadores posicionar precisamente dispositivos eletrônicos em cada grão, que é um único cristal com uma estrutura de rede contínua que melhora as propriedades elétricas, disse Eric Stach, pesquisador em Brookhaven e ex-professor de engenharia de materiais da Purdue.

p As novas descobertas da pesquisa confirmaram a teoria de que o fluxo de elétrons é prejudicado no ponto em que um grão encontra o outro. As matrizes de grãos de cristal único podem eliminar esse problema.

p Os pesquisadores demonstraram que podiam controlar o crescimento das matrizes ordenadas; foram os primeiros a demonstrar as propriedades eletrônicas dos limites de grãos individuais; e eles descobriram que as bordas de um único grão de cristal hexagonal são paralelas a direções bem definidas na rede atômica do grafeno, revelando a orientação de cada cristal.

p Saber a orientação é necessário para medir as propriedades precisas dos cristais, fornecer informações necessárias para criar melhores dispositivos eletrônicos. Para determinar a orientação da rede de grafeno, os pesquisadores usaram dois tipos de técnicas avançadas de microscopia, conhecidas como microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de tunelamento de varredura. As técnicas forneceram imagens de resolução extremamente alta de átomos de carbono individuais constituindo o grafeno.

p As propriedades eletrônicas através dos limites dos grãos foram medidas usando eletrodos minúsculos conectados a dois grãos adjacentes.

p Os resultados demonstraram uma maior resistência elétrica nos contornos dos grãos e também mostraram que os contornos dificultam a condução elétrica devido ao espalhamento de elétrons. Essa descoberta foi correlacionada usando outra técnica chamada espectroscopia Raman.

p O artigo foi escrito por Yu e Purdue, estudante graduado Luis A. Jauregui, Wei Wu, estudante de pós-graduação em Houston, Robert Colby, estudante de graduação da Purdue, Jifa Tian, ​​pesquisadora de pós-doutorado em Purdue, junto com 12 outros pesquisadores, incluindo Stach e Chen.