Por toda a promessa do grafeno como um material para a eletrônica de última geração e computação quântica, os cientistas ainda não sabem o suficiente sobre esse condutor de alto desempenho para controlar com eficácia uma corrente elétrica.

Grafeno, uma camada de carbono com um átomo de espessura, conduz eletricidade de forma tão eficiente que os elétrons são difíceis de controlar. E o controle será necessário antes que este material maravilhoso possa ser usado para fazer transistores em nanoescala ou outros dispositivos.

Um novo estudo realizado por um grupo de pesquisa da Universidade de Wisconsin-Milwaukee (UWM) ajudará. O grupo identificou novas características de transporte de elétrons em uma folha bidimensional de grafeno em camadas sobre um semicondutor.

Os pesquisadores demonstraram que quando os elétrons são redirecionados na interface do grafeno e seu substrato semicondutor, eles encontram o que é conhecido como uma barreira Schottky. Se for profundo o suficiente, elétrons não passam, a menos que retificado pela aplicação de um campo elétrico - um mecanismo promissor para ligar e desligar um dispositivo baseado em grafeno.

O grupo também encontrou, Contudo, outra característica do grafeno que afeta a altura da barreira. Ondulações intrínsecas se formam no grafeno quando ele é colocado no topo de um semicondutor.

O grupo de pesquisa, liderado por Lian Li e Michael Weinert, Professores de física da UWM, e o estudante de graduação de Li, Shivani Rajput, conduziram seu experimento com o carboneto de silício semicondutor. Os resultados foram publicados na edição de 21 de novembro da Nature Communications .

As ondulações são análogas à ondulação de uma folha de papel que foi molhada e depois seca. Exceto neste caso, notas Weinert, a espessura da folha é inferior a um nanômetro (um bilionésimo de um metro).

"Nosso estudo diz que as ondulações afetam a altura da barreira e mesmo que haja uma pequena variação nela, os resultados serão uma grande mudança no transporte de elétrons, "diz Li.

A barreira precisa ter a mesma altura em toda a folha, a fim de garantir que a corrente esteja ligada ou desligada, ele adiciona.

"Este é um conto preventivo, "diz Weinert, cujos cálculos forneceram a análise teórica. "Se você vai usar grafeno para eletrônicos, você encontrará esse fenômeno que terá que ser planejado. "

Com várias condições afetando a barreira, mais trabalho é necessário para determinar quais semicondutores seriam mais adequados para usar na engenharia de um transistor com grafeno.

O trabalho também apresenta oportunidade. A capacidade de controlar as condições que impactam a barreira permitirá a condução em três dimensões, ao invés de um plano simples. Esta condução 3D será necessária para os cientistas criarem nano-dispositivos mais complicados, diz Weinert.