p Grafeno, um material de espessura de átomo com propriedades extraordinárias, é um candidato promissor para a próxima geração de muito mais rápido, eletrônicos mais eficientes em termos de energia. Contudo, os cientistas têm lutado para fabricar o material em tiras ultra-estreitas, chamados nanofitas, que poderia permitir o uso de grafeno em eletrônicos de semicondutores de alto desempenho. p Agora, Os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison descobriram uma maneira de cultivar nanofitas de grafeno com propriedades semicondutoras desejáveis ​​diretamente em um wafer de semicondutor de germânio convencional. Esta descoberta pode permitir que os fabricantes usem facilmente nanofitas de grafeno em circuitos integrados híbridos, que prometem aumentar significativamente o desempenho dos dispositivos eletrônicos de próxima geração. Essa tecnologia também pode ter usos específicos em aplicações industriais e militares, como sensores que detectam espécies químicas e biológicas específicas e dispositivos fotônicos que manipulam a luz.

p Em um artigo publicado em 10 de agosto, 2015 no jornal Nature Communications , Michael Arnold, professor associado de ciência e engenharia de materiais na UW-Madison, O estudante de doutorado Robert Jacobberger, e seus colaboradores descrevem sua nova abordagem para a produção de nanofitas de grafeno. Mais importante, sua técnica pode ser facilmente dimensionada para produção em massa e é compatível com a infraestrutura predominante usada no processamento de semicondutores.

p "Nanofitas de grafeno que podem ser cultivadas diretamente na superfície de um semicondutor como o germânio são mais compatíveis com o processamento plano que é usado na indústria de semicondutores, e assim haveria menos barreira para integrar esses materiais realmente excelentes na eletrônica no futuro, "Diz Arnold.

p Grafeno, uma folha de átomos de carbono com apenas um átomo de espessura, conduz eletricidade e dissipa calor com muito mais eficiência do que o silício, o material mais comumente encontrado nos chips de computador de hoje. Mas para explorar as notáveis ​​propriedades eletrônicas do grafeno em aplicações de semicondutores onde a corrente deve ser ligada e desligada, as nanofitas de grafeno precisam ter menos de 10 nanômetros de largura, que é fenomenalmente estreito. Além disso, as nanofitas devem ser lisas, bordas de "poltrona" bem definidas nas quais as ligações carbono-carbono são paralelas ao comprimento da fita.

p Os pesquisadores normalmente fabricam nanofitas usando técnicas litográficas para cortar folhas maiores de grafeno em fitas. Contudo, esta abordagem de fabricação "de cima para baixo" carece de precisão e produz nanofitas com bordas muito ásperas.

p Outra estratégia para fazer nanofitas é usar uma abordagem "de baixo para cima", como síntese orgânica assistida por superfície, onde os precursores moleculares reagem em uma superfície para polimerizar nanofitas. Arnold diz que a síntese assistida por superfície pode produzir belas nanofitas com bordas lisas, mas este método só funciona em substratos de metal e as nanofitas resultantes são muito curtas para uso em eletrônica.

p Para superar esses obstáculos, os pesquisadores da UW-Madison foram os pioneiros em uma técnica de baixo para cima na qual cultivam nanofitas ultra-estreitas com bordas retas diretamente sobre bolachas de germânio usando um processo chamado deposição química de vapor. Nesse processo, os pesquisadores começam com metano, que se adsorve à superfície do germânio e se decompõe para formar vários hidrocarbonetos. Esses hidrocarbonetos reagem entre si na superfície, onde eles formam o grafeno.

p A equipe de Arnold fez sua descoberta quando explorou a redução drástica da taxa de crescimento dos cristais de grafeno ao diminuir a quantidade de metano na câmara de deposição de vapor químico. Eles descobriram que a uma taxa de crescimento muito lenta, os cristais de grafeno crescem naturalmente em longas nanofitas em uma faceta de cristal específica do germânio. Simplesmente controlando a taxa de crescimento e o tempo de crescimento, os pesquisadores podem ajustar facilmente a largura da nanofita para menos de 10 nanômetros.

p "O que descobrimos é que quando o grafeno cresce no germânio, naturalmente forma nanofitas com essas muito suaves, bordas de poltrona, "Diz Arnold." As larguras podem ser muito, muito estreitas e os comprimentos das fitas podem ser muito longos, então, todos os recursos desejáveis ​​que queremos nas nanofitas de grafeno estão acontecendo automaticamente com essa técnica. "

p As nanofitas produzidas com esta técnica começam a nuclear, ou crescendo, em pontos aparentemente aleatórios no germânio e são orientados em duas direções diferentes na superfície. Arnold diz que o trabalho futuro da equipe incluirá controlar onde as fitas começam a crescer e alinhá-las todas na mesma direção.