p (Phys.org) - Os pesquisadores observaram o grafeno pela primeira vez em 2004, extraindo folhas de carbono com a espessura de um átomo de grafite em massa. Embora as propriedades elétricas e ópticas do grafeno tenham provado ter um potencial extraordinário para muitas aplicações, a criação de estruturas atomicamente precisas a partir do grafeno continua sendo um desafio. Em um esforço para melhorar a usabilidade do grafeno, cientistas têm procurado uma maneira de fabricar grafeno artificial, que pode servir como uma estrutura útil onde os dispositivos podem ser facilmente testados antes de sua implementação com grafeno natural. Agora em um novo estudo, cientistas identificaram todos os principais critérios necessários para fazer grafeno artificial, que poderia fornecer um guia para a realização experimental do material. p A equipe de cientistas, de instituições na República Tcheca, França, Canadá, e os EUA, publicou seu artigo sobre a criação de grafeno artificial em uma edição recente do New Journal of Physics .

p “O atraente conceito de grafeno artificial apareceu logo depois que o grafeno 'real' foi fabricado, ”Co-autor Lukas Nádvorník da Charles University e do Instituto de Física, ASCR, ambos em Praga, República Checa, contado Phys.org . “Este conceito sugere o aproveitamento de semicondutores bidimensionais de alta qualidade, que hoje em dia estão disponíveis rotineiramente, e para fabricar em sua base um novo cristal com uma estrutura em favo de mel "artificialmente" criada, típico do grafeno. Em outras palavras, usar as tecnologias atuais para imitar a natureza. ”

p Embora os pesquisadores tenham tentado fabricar grafeno artificial nos últimos anos, ninguém ainda conseguiu. Aqui, identificando todos os requisitos mais importantes, os cientistas esperam mudar isso.

p "Pela primeira vez, fomos capazes de extrair todos os parâmetros relevantes para o grafeno artificial e sugerir sua combinação adequada, que deve levar à realização bem-sucedida deste sistema, ”Disse o co-autor Milan Orlita da Charles University, o Instituto de Física, ASCR, e o Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses em Grenoble, França. “Isso é útil para o nosso trabalho futuro, mas também outros grupos que trabalham neste campo podem lucrar com isso. Nosso trabalho não representa um verdadeiro marco no grafeno artificial; no entanto, acreditamos que um passo importante para a sua fabricação foi dado. ”

p Os pesquisadores acrescentaram que fabricar experimentalmente grafeno artificial no futuro será um desafio, mas viável.

p “Não vemos nenhum obstáculo principal que impeça a fabricação de grafeno artificial - mas tecnologicamente, é uma questão bastante complicada, ”Disse o co-autor Karel Výborný do Instituto de Física, ASCR, e a University of Buffalo-SUNY em Buffalo, Nova york. “É preciso encontrar uma combinação adequada de uma série de parâmetros finos, como a densidade do portador, força do potencial de modulação, estrutura constante, etc. Nosso trabalho é provavelmente o primeiro que aborda o problema de forma sistemática e compara quantitativamente os resultados experimentais com os critérios formulados teoricamente. ”

p O grafeno artificial tem certas vantagens sobre o grafeno natural, como uma estrutura de cristal cuja forma pode ser variada. Como os pesquisadores explicaram, a estrutura cristalina do grafeno natural é fixa:consiste em uma estrutura em favo de mel perfeita com uma distância carbono-carbono de 0,142 nanômetros. Em contraste, grafeno artificial preparado a partir de multicamadas semicondutoras (por exemplo, por meio de litografia de feixe de elétrons) não é restringida por uma forma de rede precisa ou uma constante de rede precisa.

p “Também é relativamente fácil fabricar‘ dispositivos específicos, 'Ou seja, grafeno artificial em forma de listras, junções, etc, ”Disse Nádvorník. “Com grafeno natural, é difícil (embora não impossível!) criar estruturas atomicamente precisas. Pode-se testar esses 'dispositivos' primeiro com grafeno artificial e, se forem úteis, tente reproduzi-los com grafeno natural. ”

p Nádvorník explicou que os pesquisadores há muito tentam criar vários tipos de cristais artificiais para explorar sua mecânica quântica, mas o que torna o grafeno único é o comportamento de seus elétrons, chamados férmions de Dirac.

p “Fabricação de superredes bidimensionais com constantes de rede em torno de 100 nanômetros (menos de um centésimo da espessura de um cabelo humano), do qual o grafeno artificial é um exemplo, remonta à década de 1990, " ele disse. “O que não era notado naquela época eram os férmions de Dirac - uma característica especial do grafeno artificial. Em nosso trabalho, afirmamos claramente quatro critérios que devem ser cumpridos para observar os férmions de Dirac em uma estrutura semicondutora feita pelo homem. A grosso modo, embora a corrida esteja em andamento desde 2009 para observar alguma manifestação dos férmions de Dirac no grafeno artificial, mostramos como testar os critérios individuais separadamente. Quando todos os critérios forem atendidos, podemos esperar observar os férmions de Dirac. ”

p Ele explicou que os férmions de Dirac não apenas tornam o grafeno o que ele é, mas também fornecem informações sobre outras áreas da física.

p “É apenas a simetria hexagonal que é responsável pelo aparecimento dos férmions de Dirac, ”Disse Nádvorník. “Esses são elétrons que se movem em cristais de grafeno (artificiais) com massa efetiva em desaparecimento. Eles se parecem muito com partículas ultrarrelativísticas e seu movimento pode ser, talvez surpreendentemente, descrito usando equações típicas da física relativística. Férmions de Dirac no grafeno (não importa se é grafeno artificial ou real), portanto, interconecta a física do estado sólido e a eletrodinâmica quântica relativística, dois ramos muito diferentes da física moderna. ”

p No futuro, os pesquisadores planejam dar os próximos passos em direção à realização experimental do grafeno artificial.

p “É uma das conclusões do nosso trabalho que uma forma viável de criar grafeno artificial é reduzir ainda mais a constante de rede (periodicidade do potencial aplicado) para dezenas de nanômetros, ”Disse Nádvorník. "Para alcançar isto, planejamos aplicar a litografia de feixe de elétrons com resoluções ainda maiores, como usamos até agora, ou aproveite a tecnologia de feixe de íons focalizado. Esperamos ser capazes de fornecer evidências para férmions de Dirac em grafeno artificial usando uma ampla gama de técnicas experimentais disponíveis (infravermelho / THz ou espectroscopia visível ou transporte eletrônico). ” p Copyright 2012 Phys.Org
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