(Phys.org) - Apesar das muitas propriedades impressionantes do grafeno, sua falta de bandgap limita seu uso em aplicações eletrônicas. Em um novo estudo, os cientistas mostraram teoricamente que um bandgap pode ser aberto no grafeno dobrando folhas de grafeno 2D no estilo origami e expondo-as a um campo magnético. Além de abrir um bandgap, este método também produz corrente polarizada por spin nas folhas de grafeno, tornando-os atraentes para aplicações em spintrônica.

Os cientistas, A. T. Costa, et al., de instituições no Brasil, Irlanda, Cingapura, e os EUA, publicaram seu artigo sobre origami de grafeno em uma edição recente da EPL .

"Embora a abertura do bandgap e as correntes polarizadas de spin sejam dois recursos separados contidos na lista de desejos de cada pesquisador de grafeno, identificamos uma forma que pode marcar as duas caixas ao mesmo tempo, “coautor Mauro Ferreira, Professor Associado do Trinity College Dublin, contado Phys.org .

Uma vez que o bandgap é uma faixa de energia onde nenhum estado de elétron existe, abrir um bandgap no grafeno o transforma de um material condutor em um material semicondutor. Grafeno semicondutor seria mais útil, e poderia ter aplicações particularmente interessantes para dispositivos spintrônicos, que exploram a propriedade mecânica quântica do elétron de spin, além de sua propriedade de carga elétrica.

Uma razão pela qual o grafeno é um material spintrônico promissor é que, em comparação com outros materiais, ele tem uma interação spin-órbita (SOI) extremamente pequena. Isso significa que seu spin interage muito pouco com seu movimento orbital, e assim a dissipação de spin é praticamente desprezível no grafeno. Como resultado, as informações armazenadas no spin do grafeno podem ser retidas por tempos consideravelmente mais longos do que em outros materiais. Um pequeno SOI também significa que as informações podem viajar por longas distâncias com muito pouca perda.

Embora um pequeno SOI tenha muitas vantagens, aqui, os cientistas queriam aumentar o SOI em partes do grafeno porque isso é necessário para abrir um bandgap. Pesquisas recentes demonstraram que o SOI é aprimorado quando o grafeno é dobrado mecanicamente. Aqui, os pesquisadores teoricamente mostraram que uma folha de grafeno 2D moldada em cristas e vales periódicos tem um SOI aprimorado nas regiões curvas.

Aumentar o SOI é metade do processo para induzir um bandgap; a outra metade está aplicando um campo magnético. Como explicam os pesquisadores, o SOI e o campo magnético se complementam de tal forma que ambas as quantidades devem ser aumentadas para induzir um bandgap. A magnitude do bandgap é determinada, em última análise, pela menor dessas duas quantidades.

Uma maneira de aplicar um campo magnético é dopando o grafeno com átomos magnéticos. O doping também é outra maneira de melhorar o SOI, portanto, todo o processo poderia ser potencialmente alcançado por dopagem com os adsorventes corretos.

Este método tem algumas vantagens em comparação com as tentativas anteriores de abrir um bandgap no grafeno. Até aqui, métodos anteriores não conseguiram produzir grafeno semicondutor tecnologicamente relevante por várias razões, incluindo que o tamanho do bandgap é muito pequeno e que a desordem surge no sistema. Os pesquisadores aqui prevêem que o novo método pode superar essas dificuldades e, finalmente, alcançar o grafeno semicondutor útil.

O segundo efeito importante do novo método - que polariza o spin da corrente - significa que os spins dos elétrons estão alinhados na mesma direção. Esse recurso é particularmente importante para dispositivos spintrônicos de engenharia.

Em seu estudo atual, os pesquisadores mostraram que o novo processo pode ser facilmente realizado depositando folhas de grafeno em um substrato com trincheiras periódicas. No futuro, eles planejam realizar medições nas propriedades elétricas do grafeno resultante.

"Embora tenhamos um bom controle experimental sobre como as folhas de grafeno são dobradas, medir as propriedades de transporte de tais estruturas semelhantes a origami permanece um desafio, "Ferreira disse." O próximo passo é adaptar algumas das técnicas de medição de transporte para lidar com as estruturas nesta nova geometria. "

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