p (Phys.org) —Graphene, um material que consiste em uma rede de átomos de carbono, um átomo de espessura, é amplamente elogiado como sendo o material mais eletricamente condutor já estudado. Contudo, nem todo grafeno é igual. Com tão poucos átomos compreendendo a totalidade do material, a disposição de cada um tem impacto em sua função geral. p Agora, pela primeira vez, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia usaram um microscópio de ponta para estudar a relação entre a geometria atômica de uma fita de grafeno e suas propriedades elétricas.

p Uma compreensão mais profunda desta relação será necessária para o projeto de circuitos integrados à base de grafeno, chips de computador e outros dispositivos eletrônicos.

p O estudo foi conduzido pelos professores A.T. Charlie Johnson e Marija Drndić, ambos do Departamento de Física e Astronomia da Escola de Artes e Ciências da Penn, junto com Zhengqing John Qi, um membro do laboratório de Johnson, e Julio Rodríguez-Manzo do laboratório de Drndic. Sung Ju Hong, em seguida, um membro do laboratório de Johnson, também contribuíram para o estudo.

p A equipe da Penn colaborou com pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven, a Université Catholique de Louvain na Bélgica e a Universidade Nacional de Seul na Coréia do Sul.

p Seu estudo foi publicado na revista Nano Letras .

p Os experimentos da equipe foram habilitados pelo microscópio eletrônico de transmissão com correção de aberração de Brookhaven, ou AC-TEM. Ao focalizar o feixe de elétrons do microscópio, os pesquisadores foram capazes de cortar de forma controlada folhas de grafeno em fitas com larguras de até 10 nanômetros, enquanto os mantém conectados a uma fonte de eletricidade fora do microscópio. Eles então poderiam usar a resolução nanoscópica do AC-TEM para distinguir entre átomos de carbono individuais dentro dessas fitas. Esse nível de precisão foi necessário para determinar como os átomos de carbono nas bordas das nanofitas eram orientados.

p "Estamos relacionando a estrutura do grafeno - seu arranjo atômico - às suas propriedades de transporte elétrico, "disse Drndić." Em particular, estávamos olhando para as bordas, da qual fomos capazes de identificar a geometria. "

p "O grafeno se parece com tela de galinheiro, e você pode cortar esta rede hexagonal de átomos de carbono de diferentes maneiras, produzindo diferentes formas na borda, "ela disse." Mas se você cortar de uma maneira, pode se comportar mais como um metal, e, se você cortar de outra forma, poderia ser mais como um semicondutor. "

p Para qualquer pedaço de grafeno, os lados pontiagudos ou planos de seus hexágonos de carbono podem estar na borda da peça. Onde os lados pontiagudos estão voltados para fora, a borda tem um padrão "zig-zag". Os lados planos produzem um padrão de "poltrona" quando estão em uma borda. Qualquer borda também pode exibir uma mistura das duas, dependendo de como o pedaço de grafeno foi inicialmente cortado e como essa borda se degrada sob tensão.

p Como as nanofitas de grafeno foram conectadas a uma fonte de eletricidade enquanto estavam dentro do AC-TEM, os pesquisadores foram capazes de traçar simultaneamente o contorno das fitas e medir sua condutividade. Isso permitiu que as duas figuras fossem correlacionadas.

p "Se você quiser usar nanofitas de grafeno em chips de computador, por exemplo, você absolutamente precisa ter essas informações, "Disse Johnson." As pessoas olharam para essas fitas no microscópio, e as pessoas mediram suas propriedades elétricas sem olhar para elas, mas nunca as duas ao mesmo tempo. "

p Depois de estudar as nanofitas com níveis relativamente baixos de fluxo de elétrons, os pesquisadores aumentaram a intensidade, Muito parecido com ligar uma lâmpada usando um interruptor dimmer. A combinação do bombardeio de elétrons do microscópio e a grande quantidade de elétrons fluindo através das nanofitas fez com que suas estruturas se degradassem gradualmente. À medida que as ligações de carbono dentro das nanofitas se rompiam, eles se tornaram mais finos e a forma de suas bordas mudou, fornecendo pontos de dados adicionais.

p "Fazendo tudo dentro do microscópio, "Rodríguez-Manzo disse, "podemos simplesmente acompanhar essa transformação até o fim, medindo correntes para as nanofitas, mesmo quando elas ficam menores que 1 nanômetro de diâmetro. Tem cinco átomos de largura. "

p Este tipo de teste de estresse é crítico para o projeto futuro da eletrônica de grafeno.

p "Temos que ver quanta corrente podemos transportar antes que essas nanofitas se desfaçam. Nossos dados mostram que esse número é alto em comparação com o cobre, "Rodríguez-Manzo sa. As duras condições também fizeram com que algumas das fitas se dobrassem sobre si mesmas, produção de loops de grafeno nanoscópico. Acidentalmente, a equipe descobriu que esses loops tinham propriedades desejáveis.

p "Quando as bordas se enrolam e formam as voltas que vemos, "Johnson disse, "ajuda a manter a estrutura unida, e faz com que a densidade de corrente seja mil vezes maior do que o que é atualmente no estado da arte. Essa estrutura seria útil para fazer interconexões [que são os caminhos condutores que conectam os transistores em circuitos integrados]. "

p Pesquisas futuras neste campo envolverão comparar diretamente as propriedades elétricas de nanofitas de grafeno com diferentes larguras e formatos de borda.

p "Assim que pudermos cortar essas nanofitas átomo por átomo, "Drndić disse, "poderemos alcançar muito mais."