p (Phys.org) —Usando grafeno - seja como uma alternativa para, ou provavelmente como um material complementar com - silício, oferece a promessa de uma eletrônica futura muito mais rápida, junto com várias outras vantagens sobre o semicondutor comumente usado. Contudo, A criação de folhas de carbono com um átomo de espessura, conhecidas como grafeno, de uma forma que pudesse ser facilmente integrada aos métodos de produção em massa, provou ser difícil. p Quando o grafeno é cultivado, redes dos grãos de carbono são formadas aleatoriamente, ligados entre si em diferentes ângulos de orientação em uma rede hexagonal. Contudo, quando essas orientações ficam desalinhadas durante o processo de crescimento, defeitos chamados limites de grão (GBs) formulário. Esses limites dispersam o fluxo de elétrons no grafeno, um fato que é prejudicial ao seu desempenho eletrônico de sucesso.

p Os pesquisadores Joe Lyding e Eric Pop do Beckman Institute da Universidade de Illinois e seus grupos de pesquisa deram agora uma nova visão sobre o comportamento eletrônico do grafeno com limites de grão que podem orientar os métodos de fabricação para diminuir seu efeito. Os pesquisadores cultivaram grafeno policristalino por deposição química de vapor (CVD), usando microscopia de tunelamento de varredura e espectroscopia para análise, para examinar os limites dos grãos da escala atômica em um wafer de silício. Eles relataram seus resultados no jornal ACS Nano .

p "Obtivemos informações sobre o espalhamento de elétrons nas fronteiras que mostram que isso limita significativamente o desempenho eletrônico em comparação com o grafeno livre de fronteira de grãos, "Lyding disse." Os limites dos grãos se formam durante o crescimento do grafeno por CVD, e, embora haja muitos esforços mundiais para minimizar a ocorrência de limites de grãos, eles são um fato da vida por enquanto.

p "Para a eletrônica, você gostaria de ser capaz de fazê-lo em uma escala de wafer. O grafeno livre de limites é um objetivo principal. Nesse ínterim, temos que viver com os limites dos grãos, portanto, entendê-los é o que estamos tentando fazer. "

p Lyding comparou as redes de grafeno feitas com o método CVD a pedaços de uma cerca de ciclone.

p "Se você tivesse dois pedaços de cerca, e você os colocou no chão um ao lado do outro, mas eles não estavam perfeitamente alinhados, então eles não combinariam, "disse ele." Essa é uma fronteira de grãos, onde a estrutura não corresponde. "

p A pesquisa envolveu o grupo de Pop, liderado por Beckman Fellow Josh Wood, cultivando o grafeno no Laboratório de Micro e Nanotecnologia, e transferir os filmes finos para uma pastilha de silício (Si02). Eles então usaram o STM da Beckman desenvolvido por Lyding para análise, liderado pelo primeiro autor Justin Koepke do grupo de Lyding.

p Sua análise mostrou que quando o itinerário dos elétrons os leva a um limite de grão, é como, Lyding disse, atingindo uma colina.

p "Os elétrons atingiram esta colina, eles rebatem, eles interferem em si mesmos e você realmente vê um padrão de onda estacionária, "ele disse." É uma barreira, então eles têm que subir e descer aquela colina. Como qualquer outra coisa, isso vai atrasá-los. Isso é o que Justin foi capaz de medir com essas medidas de espectroscopia.

p "Basicamente, um limite de grão é um resistor em série com um condutor. Isso é sempre ruim. Significa que vai demorar mais para um elétron ir do ponto A ao ponto B com alguma voltagem aplicada."

p Imagens do STM revelam limites de grão que sugerem duas peças de tecido costuradas juntas, Lyding disse, por "um péssimo alfaiate".

p No papel, os pesquisadores foram capazes de relatar sua análise dos ângulos de orientação entre as peças de grafeno à medida que cresciam juntas, e encontrou "nenhum ângulo de orientação preferencial entre os grãos, e os GBs são contínuos através das rugas de grafeno e topografia Si02. "Eles relataram que a análise desses padrões" indica que retroespalhamento e espalhamento intervalley são os mecanismos dominantes responsáveis ​​pela redução da mobilidade na presença de GBs no grafeno cultivado em CVD. "

p Lyding disse que a relação entre o ângulo de orientação das peças de grafeno e o comprimento de onda de um elétron interfere no movimento do elétron na fronteira do grão, levando a variações em sua dispersão.

p "Mais dispersão significa que está tornando mais difícil para um elétron se mover de um grão para o próximo, "ele disse." Quanto mais difícil você tornar isso, menor será a qualidade do desempenho eletrônico de qualquer dispositivo feito desse grafeno. "

p O trabalho do pesquisador não visa apenas a compreensão, mas também no controle dos limites dos grãos. Uma de suas descobertas - que GBs são aperiódicos - replicou outro trabalho e pode ter implicações para controlá-los, como eles escreveram no artigo:"Combinar os resultados espectroscópicos e de espalhamento sugere que GBs que são mais periódicos e bem ordenados levam a um espalhamento reduzido dos GBs."

p "Eu acho que se você tem que viver com limites de grãos, você gostaria de ser capaz de controlar exatamente qual é a orientação deles e escolher um ângulo que minimize a dispersão, "Lyding disse.