p O grafeno é um semicondutor quando preparado como uma fita ultra-estreita - embora o material seja, na verdade, um material condutor. Pesquisadores da Empa e do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros desenvolveram agora um novo método para dopar seletivamente moléculas de grafeno com átomos de nitrogênio. Ao unir perfeitamente peças de grafeno dopado e não dopado, eles foram capazes de formar "heterojunções" nas nanofitas, cumprindo assim um requisito básico para a corrente eletrônica fluir em apenas uma direção quando a tensão é aplicada - a primeira etapa em direção a um transistor de grafeno. Além disso, a equipe conseguiu remover nanofitas de grafeno do substrato de ouro em que foram cultivadas e transferi-las para um material não condutor. p O grafeno possui muitas propriedades excelentes:conduz calor e eletricidade, é transparente, mais duro do que o diamante e extremamente forte. Mas, para usá-lo na construção de interruptores eletrônicos, um material não deve ser apenas um excelente condutor, também deve ser alternável entre os estados "ligado" e "desligado". Isso requer a presença de um chamado bandgap, que permite que os semicondutores fiquem em um estado de isolamento. O problema, Contudo, é que o bandgap no grafeno é extremamente pequeno. Os pesquisadores da Empa do laboratório "nanotech @ surface" desenvolveram um método há algum tempo para sintetizar uma forma de grafeno com bandgaps maiores, permitindo que nanofitas de grafeno ultra-estreitas "cresçam" por meio de automontagem molecular.

p Nanofitas de grafeno feitas de segmentos dopados de maneiras diferentes

p Os pesquisadores, liderado por Roman Fasel, agora alcançaram um novo marco ao permitir o crescimento de nanofitas de grafeno consistindo de subsegmentos dopados de maneiras diferentes. Em vez de sempre usar as mesmas moléculas de carbono "puro", eles usaram moléculas dopadas adicionalmente - moléculas fornecidas com "átomos estranhos" em posições precisamente definidas, neste caso, nitrogênio. Ao unir segmentos "normais" com segmentos dopados com nitrogênio em uma superfície de ouro (Au (111)), as chamadas heterojunções são criadas entre os segmentos individuais. Os pesquisadores mostraram que estes apresentam propriedades semelhantes às de uma junção p-n clássica, ou seja, uma junção com cargas positivas e negativas em diferentes regiões do cristal semicondutor, criando assim a estrutura básica que permite o desenvolvimento de muitos componentes usados ​​na indústria de semicondutores. Uma junção p-n faz com que a corrente flua em apenas uma direção. Por causa da transição abrupta na interface de heterojunção, a nova estrutura também permite que pares elétron / lacuna sejam separados de forma eficiente quando uma tensão externa é aplicada, conforme demonstrado teoricamente por teóricos da Empa e colaboradores do Rensselaer Polytechnic Institute. Este último tem um impacto direto no rendimento energético das células solares. Os pesquisadores descrevem as heterojunções correspondentes em nanofitas de grafeno segmentadas na edição recentemente publicada da Nature Nanotechnology .

p Transferência de nanofitas de grafeno para outros substratos

p Além disso, os cientistas resolveram outra questão fundamental para a integração da nanotecnologia de grafeno na indústria de semicondutores convencionais:como transferir as fitas de grafeno ultra-estreitas para outra superfície? Enquanto as nanofitas de grafeno permanecerem em um substrato de metal (como o ouro usado aqui), elas não podem ser usadas como interruptores eletrônicos. O ouro conduz e, portanto, cria um curto-circuito que "sabota" as atraentes propriedades semicondutoras da fita de grafeno. A equipe de Fasel e colegas do Instituto Max-Planck para Pesquisa de Polímeros em Mainz conseguiram mostrar que as nanofitas de grafeno podem ser transferidas de forma eficiente e intacta usando um processo relativamente simples de decapagem e limpeza em (virtualmente) qualquer substrato, por exemplo em safira, fluoreto de cálcio ou óxido de silício.

p O grafeno está, portanto, emergindo cada vez mais como um material semicondutor interessante e uma adição bem-vinda ao silício onipresente. As nanofitas de grafeno semicondutoras são particularmente atraentes, pois permitem componentes eletrônicos menores e, portanto, mais eficientes em termos de energia e mais rápidos do que o silício. Contudo, o uso generalizado de nanofitas de grafeno no setor eletrônico não está previsto em um futuro próximo, devido em parte a problemas de escala e em parte à dificuldade de substituir a eletrônica convencional à base de silício bem estabelecida. Fasel estima que ainda pode levar cerca de 10 a 15 anos antes que a primeira chave eletrônica feita de nanofitas de grafeno possa ser usada em um produto.

p Nanofitas de grafeno para componentes fotovoltaicos

p Os componentes fotovoltaicos também poderão um dia ser baseados no grafeno. Em um segundo artigo publicado em Nature Communications , Pascal Ruffieux - também do laboratório "nanotech @ surface" da Empa - e seus colegas descrevem um possível uso de tiras de grafeno, por exemplo, em células solares. Ruffieux e sua equipe notaram que nanofitas de grafeno particularmente estreitas absorvem luz visível excepcionalmente bem e são, portanto, altamente adequadas para uso como camada absorvente em células solares orgânicas. Comparado ao grafeno "normal", que absorve luz igualmente em todos os comprimentos de onda, a absorção de luz em nanofitas de grafeno pode ser aumentada enormemente de forma controlada, por meio do qual os pesquisadores "definem" a largura das nanofitas de grafeno com precisão atômica.