p (Phys.org) —Graphene deslumbrou cientistas, desde sua descoberta, há mais de uma década, com suas propriedades eletrônicas inigualáveis, sua força e seu peso leve. Mas um objetivo há muito buscado provou ser elusivo:como transformar em grafeno uma propriedade chamada gap, que seria necessário usar o material para fazer transistores e outros dispositivos eletrônicos. p Agora, novas descobertas de pesquisadores do MIT são um passo importante para a fabricação de grafeno com essa propriedade cobiçada. O trabalho também pode levar a revisões em algumas previsões teóricas na física do grafeno.

p A nova técnica envolve a colocação de uma folha de grafeno - um material à base de carbono cuja estrutura tem apenas um átomo de espessura - em cima de nitreto de boro hexagonal, outro material de um átomo de espessura com propriedades semelhantes. O material resultante compartilha a incrível capacidade do grafeno de conduzir elétrons, ao adicionar o gap necessário para formar transistores e outros dispositivos semicondutores.

p O trabalho é descrito em artigo na revista Ciência co-autoria de Pablo Jarillo-Herrero, o professor assistente de desenvolvimento de carreira da Mitsui no MIT, Professor de Física Ray Ashoori, e 10 outros.

p "Ao combinar dois materiais, "Jarillo-Herrero diz, "criamos um material híbrido que possui propriedades diferentes de qualquer um dos dois."

p O grafeno é um condutor de elétrons extremamente bom, enquanto o nitreto de boro é um bom isolante, bloqueando a passagem de elétrons. "Fizemos um semicondutor de alta qualidade ao colocá-los juntos, "Jarillo-Herrero explica. Semicondutores, que pode alternar entre os estados de condução e isolamento, são a base de toda a eletrônica moderna.

p Para fazer o material híbrido funcionar, os pesquisadores tiveram que se alinhar, com quase perfeição, as redes atômicas dos dois materiais, que consistem em uma série de hexágonos. O tamanho dos hexágonos (conhecido como constante de rede) nos dois materiais é quase o mesmo, mas não exatamente:os do nitreto de boro são 1,8% maiores. Portanto, embora seja possível alinhar os hexágonos quase perfeitamente em um só lugar, em uma área maior, o padrão entra e sai do registro.

p Neste ponto, os pesquisadores dizem que devem confiar na chance de obter o alinhamento angular das propriedades eletrônicas desejadas na pilha resultante. Contudo, o alinhamento acabou sendo correto cerca de uma vez em 15, eles dizem.

p "As qualidades do nitreto de boro são transferidas para o grafeno, "Ashoori diz. Mas o que é mais" espetacular, " ele adiciona, é que as propriedades do semicondutor resultante podem ser "ajustadas" apenas girando ligeiramente uma folha em relação à outra, permitindo um espectro de materiais com características eletrônicas variadas.

p Outros transformaram o grafeno em um semicondutor gravando as folhas em fitas estreitas, Ashoori disse, mas tal abordagem degrada substancialmente as propriedades elétricas do grafeno. Por contraste, o novo método parece não produzir tal degradação.

p O gap criado até agora no material é menor do que o necessário para dispositivos eletrônicos práticos; encontrar maneiras de aumentá-lo exigirá mais trabalho, dizem os pesquisadores.

p "Se ... uma grande lacuna de banda pudesse ser projetada, poderia ter aplicações em toda a eletrônica digital, "Jarillo-Herrero diz. Mas mesmo no nível atual, ele adiciona, esta abordagem pode ser aplicada a algumas aplicações optoeletrônicas, como fotodetectores.

p Os resultados "nos surpreenderam agradavelmente, "Ashoori diz, e exigirá alguma explicação por parte dos teóricos. Por causa da diferença nas constantes de rede dos dois materiais, os pesquisadores previram que as propriedades do híbrido variariam de um lugar para outro. Em vez de, eles encontraram uma constante, e inesperadamente grande, gap de banda em toda a superfície.

p Além disso, Jarillo-Herrero diz, a magnitude da mudança nas propriedades elétricas produzida pela junção dos dois materiais "é muito maior do que a teoria prevê".

p A equipe do MIT também observou um novo fenômeno físico interessante. Quando exposto a um campo magnético, o material exibe propriedades fractais - conhecidas como espectro de energia da borboleta de Hofstadter - que foram descritas décadas atrás por teóricos, mas pensado impossível no mundo real. Existem pesquisas intensas nesta área; dois outros grupos de pesquisa também relatam esses efeitos da borboleta de Hofstadter esta semana no jornal Natureza . (consulte:graphene-butterflies.html "target =" _ blank "> phys.org/news/2013-05-61387688… 95e-butterflies.html e phys.org/news287824835.html)