p (Phys.org) - Os elétrons podem se mover através do grafeno quase sem resistência, uma propriedade que dá ao grafeno grande potencial para substituir o silício na próxima geração, dispositivos eletrônicos altamente eficientes. Mas atualmente é muito difícil controlar os elétrons que se movem através do grafeno porque o grafeno não tem gap, o que significa que os elétrons não precisam cruzar nenhuma barreira de energia para conduzir eletricidade. Como resultado, os elétrons estão sempre conduzindo, o tempo todo, o que significa que esta forma de grafeno não pode ser usada para construir transistores porque não está "desligado". A fim de controlar o movimento do elétron no grafeno e permitir estados "desligados" em futuros transistores de grafeno, o grafeno precisa de um intervalo de banda diferente de zero - uma barreira de energia que pode impedir que os elétrons conduzam eletricidade quando desejado, tornando o grafeno um semicondutor em vez de um condutor completo. p Em um novo estudo, os cientistas abriram uma lacuna de banda no grafeno dopando cuidadosamente ambos os lados do grafeno de duas camadas de uma forma que evita a criação de desordem na estrutura do grafeno. Abrindo delicadamente uma lacuna de banda no grafeno desta forma, permitiu aos pesquisadores fabricar um transistor de memória baseado em grafeno com a maior proporção de programa / corrente de apagamento inicial relatada até agora para um transistor de grafeno (34,5 em comparação com 4), junto com a maior proporção liga / desliga para um dispositivo desse tipo (76,1 em comparação com 26), enquanto mantém a mobilidade de elétrons naturalmente alta do grafeno (3100 cm ² / V · s).

p Os pesquisadores, liderado pelo Professor Young Hee Lee na Universidade Sungkyunkwan e no Instituto de Ciências Básicas em Suwon, Coreia do Sul, publicaram seu artigo sobre o novo método para abrir um gap no grafeno em uma edição recente da ACS Nano .

p "Demonstramos com sucesso um transistor de grafeno com uma alta razão liga / desliga e mobilidade por métodos químicos e mostramos sua viabilidade como um aplicativo de memória com uma razão programa / apagar corrente significativamente melhorada, "primeiro autor Si Young Lee, no Institute for Basic Science e na Harvard University, contado Phys.org .

p Seu método é baseado na aplicação de um campo elétrico vertical através da bicamada de grafeno, que foi mostrado para quebrar a simetria entre as duas camadas de grafeno. Esta modificação cria sítios atômicos com diferentes potenciais elétricos, que produz uma lacuna de banda. Estudos anteriores também usaram essa estratégia, em que o campo elétrico é gerado por "dopagem de dois lados" de lados opostos da bicamada com diferentes produtos químicos. Contudo, os resultados anteriores foram limitados devido aos tipos e níveis ineficazes de dopantes, que geraram campos elétricos relativamente pequenos e também danificaram a estrutura de grafeno altamente ordenada.

p No novo estudo, os pesquisadores demonstram que uma chave para melhorar essas áreas é a escolha do benzil viologen (BV) como um dopante doador de elétrons (tipo n) na parte inferior da bicamada de grafeno. O lado superior é então dopado simplesmente com oxigênio e umidade da atmosfera, que atuam como dopantes que retiram elétrons (tipo p). À medida que as moléculas BV doam elétrons para a camada inferior de grafeno, os dopantes atmosféricos retiram os elétrons da camada superior de grafeno, gerando um campo elétrico vertical.

p Uma vez que um campo elétrico mais forte induz um gap maior, os pesquisadores puderam controlar o intervalo de banda usando concentrações mais altas de dopantes. Todos os dopantes usados ​​aqui são absorvidos na superfície da bicamada de grafeno sem danificar a estrutura do grafeno, que ajuda a manter a alta mobilidade de elétrons do grafeno e a correspondente alta corrente "ligada".

p Para demonstrar a utilidade do grafeno aberto por banda, os pesquisadores fabricaram um transistor com comportamento de memória. O dispositivo é programado e apagado aplicando uma voltagem positiva e negativa, respectivamente. A alta proporção de corrente programa / apagada do transistor corresponde a um tempo de retenção mais longo. Contudo, os pesquisadores observam que o dispositivo ainda pode ser aprimorado. Por exemplo, sua velocidade pode ser aumentada. Também, usar moléculas atmosféricas como dopantes não é ideal para fabricação em escala industrial devido à baixa estabilidade, portanto, será necessário um método de dopagem p mais durável.

p "É necessário desenvolver dopantes mais estáveis ​​e eficazes para melhores desempenhos do dispositivo, "Si Young Lee disse." Além disso, nosso dispositivo pode ser realizado em substratos flexíveis e transparentes para a eletrônica do futuro. " p © 2015 Phys.org