p Os físicos de Juelich descobriram efeitos inesperados no grafeno dopado - ou seja, grafeno que é misturado com átomos estranhos. Eles investigaram amostras do composto de carbono enriquecido com o nitrogênio do átomo estranho em vários materiais de substrato. Interações indesejadas com esses substratos podem influenciar as propriedades elétricas do grafeno. Os pesquisadores do Instituto Peter Gruenberg mostraram agora que o doping eficaz depende da escolha do material do substrato. Os resultados dos cientistas foram publicados na revista Cartas de revisão física . p Mais duro do que o diamante e mais resistente do que o aço, peso leve, transparente, flexível, e extremamente condutivo:o grafeno da malha é considerado o material do futuro. Pode tornar os computadores mais rápidos, telefones celulares mais flexíveis, e telas sensíveis ao toque mais finas. Mas por enquanto, a produção industrial da rede de carbono, que tem apenas um átomo de espessura, provou ser problemático:em quase todos os casos, um substrato é necessário. A busca por um material adequado para este fim é um dos grandes desafios no caminho de aplicações práticas, pois caso ocorram interações indesejáveis, eles podem fazer com que o grafeno perca suas propriedades elétricas.

p Por alguns anos, os cientistas têm testado o carboneto de silício - um composto cristalino de silício e carbono - quanto à sua adequação como material de substrato. Quando o material é aquecido a mais de 1400 graus Celsius em uma atmosfera de argônio, o grafeno pode ser cultivado no cristal. Contudo, este 'grafeno de monocamada epitaxial' exibe - muito ligeira - interação com o substrato, o que limita sua mobilidade de elétrons.

p Para contornar este problema, o hidrogênio é introduzido na interface entre os dois materiais. Este método é conhecido como intercalação de hidrogênio. As ligações entre o grafeno e o material do substrato são separadas e saturadas pelos átomos de hidrogênio. Isso suprime a influência eletrônica do cristal de silício enquanto o grafeno permanece mecanicamente unido ao substrato:grafeno de monocamada quase independente.

p Medições de alta precisão com raios-X em pé

p Para aplicações práticas, as propriedades elétricas do grafeno devem ser modificáveis ​​- por exemplo, introduzindo elétrons adicionais no material. Isso é efetuado pela "contaminação" direcionada da rede de carbono com átomos estranhos. Para este processo, conhecido como doping, o grafeno é bombardeado com íons de nitrogênio e então recozido. Isso resulta em defeitos na estrutura da rede:alguns poucos átomos de carbono - menos de 1% - separam-se da rede e são substituídos por átomos de nitrogênio, que trazem elétrons adicionais.

p Cientistas do Instituto Peter Gruenberg de Juelich - Nanoestruturas funcionais nas superfícies (PGI-3) agora, pela primeira vez, estudou se e como a estrutura do material do substrato influencia este processo de dopagem. Na fonte de radiação síncrotron Diamond Light Source em Didcot, Oxfordshire, REINO UNIDO, François C. Bocquet e seus colegas doparam amostras de grafeno de monocamada epitaxial e quase independente e investigaram suas propriedades estruturais e eletrônicas. Por meio de campos de ondas de raios-X fixos, eles foram capazes de escanear o grafeno e o substrato com uma precisão de alguns milionésimos de micrômetro - menos de um décimo do raio de um átomo.

p Os átomos de nitrogênio na camada de interface também são adequados para dopagem

p Suas descobertas foram surpreendentes. "Alguns dos átomos de nitrogênio se difundiram do grafeno para o carboneto de silício, "explica Bocquet." Anteriormente, acreditava-se que o bombardeio de nitrogênio afetava apenas o grafeno, mas não o material do substrato. "

p Embora ambas as amostras tenham sido tratadas da mesma maneira, eles exibiram diferentes concentrações de nitrogênio, mas dopagem eletrônica quase idêntica:nem todos os átomos de nitrogênio foram integrados na rede de grafeno, no entanto, o número de elétrons no grafeno aumentou como se fosse esse o caso. A chave para este resultado inesperado está no comportamento diferente das camadas de interface entre o grafeno e o substrato. Para o grafeno epitaxial, nada mudou:a camada de interface permaneceu estável, a estrutura inalterada. No grafeno quase autônomo, Contudo, alguns dos átomos de hidrogênio entre o grafeno e o substrato foram substituídos por átomos de nitrogênio. De acordo com Bocquet:"Se você examinar o grafeno quase autônomo, você encontrará um átomo de nitrogênio sob a camada de grafeno em alguns lugares. Esses átomos de nitrogênio, embora não façam parte do grafeno, pode dopar a rede sem destruí-la. Este resultado imprevisto é muito promissor para futuras aplicações em micro e nanoeletrônica. "