p Uma equipe internacional de cientistas organizou os dados bibliográficos disponíveis sobre o grafeno de duas camadas, um material de alto potencial com possíveis aplicações em eletrônica e óptica. O artigo de revisão foi publicado em Relatórios de Física . p A corrida do grafeno

p O desenvolvimento da microeletrônica está intimamente associado à busca por novas tecnologias e materiais para uso em transistores. Um material promissor, grafeno, chamou a atenção de cientistas e engenheiros graças à sua mecânica incomum, elétrico, e propriedades ópticas. A corrida do grafeno começou em 2004 com a publicação de um artigo de Konstantin Novoselov e Andre Geim em Ciência . A partir de hoje, mais de 10, Foram publicados 000 artigos que tratam do grafeno e mais de mil patentes relacionadas ao material foram concedidas.

p Grafeno de bicamada, ou bigrafeno, é uma das excitantes formas de grafeno, que atualmente está ganhando força:somente em 2014 e 2015, mais de 1, 000 artigos sobre bigrafeno foram publicados.

p Dr. Alexander Rozhkov, um co-autor da revisão atual, resume a conquista da equipe:"Para escrever a revisão sobre o grafeno bicamada, passamos dois anos estudando e organizando todas as descobertas experimentais e teóricas mais significativas da área. Como resultado, publicamos uma revisão citando cerca de 450 artigos científicos sobre grafeno de camada dupla e assuntos relacionados. Agora mesmo, é a revisão mais abrangente que trata do problema, tanto em termos do número absoluto de referências quanto do escopo do assunto. "

p Por que dois é melhor do que um

p Uma das características atrativas do grafeno é sua mobilidade de portadores de alta carga. Na verdade, é dezenas de vezes maior do que a quantidade análoga no silício, o material de referência da microeletrônica moderna. Elétrons e lacunas (lacunas de elétrons) no grafeno podem se mover fácil e rapidamente sob a influência de um campo elétrico externo. Contudo, um transistor baseado em grafeno de camada única tem uma desvantagem significativa, pois não pode ser efetivamente desligado. Isso é explicado pelo fato de que o grafeno não tem um bandgap, ou seja, uma gama de valores de energia proibidos para seus elétrons. Consequentemente, o fluxo de corrente através de tal transistor não pode ser desligado completamente.

p A principal vantagem do grafeno de duas camadas é a possibilidade de induzir localmente um bandgap e ajustar sua magnitude aplicando um forte campo elétrico perpendicular às folhas de carbono. Isso significa que ele poderia ser usado para projetar transistores de próxima geração que funcionariam mais rápido e usariam menos energia, o que é especialmente importante para dispositivos portáteis alimentados por bateria. Além disso, a possibilidade de ajuste de bandgap significa que há ainda mais potencial para aplicações em optoeletrônica e sensores.

p No entanto, uma verdadeira revolução microeletrônica ainda está por vir. Comparado ao grafeno comum, uma amostra de bicamada de alto grau é mais difícil de fabricar, uma vez que é preciso controlar a qualidade do material e a precisão do alinhamento da camada para preservar a alta mobilidade de carga e outras características.

p Existem três tipos principais de bigrafeno. No AA - grafeno de camada dupla empilhado, as camadas são alinhadas de tal maneira que cada átomo da folha superior fica exatamente em cima de um átomo da folha inferior. No AB - grafeno de camada dupla empilhado, as camadas são sobrepostas de uma maneira diferente, viz., apenas metade dos átomos na folha superior se encontram sobre um átomo, enquanto a outra metade fica sobre o centro de um hexágono na estrutura cristalina da folha inferior (ver Fig. 1). Em outra variação, chamado torcido bigrafeno, uma camada é girada por um ângulo predeterminado em relação à outra camada. Cada um dos três tipos tem suas próprias características peculiares, que precisam ser estudados.

p Futuro grafeno

p Por enquanto, muitos dos esquemas e conceitos teóricos inicialmente propostos foram absorvidos pela comunidade científica. As previsões feitas na era pré-grafeno (décadas de 1980 e 90) e logo após o início da corrida do grafeno foram testadas graças aos rápidos avanços feitos pela ciência experimental do grafeno na última década. No momento presente, os cientistas estão empenhados em encontrar aplicações para o material. Ainda, pesquisadores fundamentais (não buscando nenhuma aplicação imediata) também estão ocupados resolvendo novos problemas que surgem no campo dos sistemas de grafeno. Por uma coisa, a extensão em que a repulsão de Coulomb entre elétrons pode afetar as propriedades dos sistemas de grafeno permanece desconhecida. Para resolver esta questão, conceitos relativamente novos para a física do estado sólido são discutidos, por exemplo., o líquido de Fermi marginal e os estados topologicamente ordenados.

p Os autores do artigo de revisão estudam o grafeno de duas camadas há seis anos. Eles contribuíram para a compreensão da estrutura eletrônica deste material. Em particular, eles examinaram a possibilidade de quebra espontânea de simetria AA - Grafeno de bicamada empilhado. Os pesquisadores também previram teoricamente a instabilidade do subsistema de elétrons em AA - bigrafeno empilhado e identificou a possibilidade de ordenação antiferromagnética e estados espacialmente não homogêneos em um sistema de bicamada. Além disso, os autores investigaram estados de elétron único em torcido grafeno de duas camadas em vários ângulos de torção e para vários tamanhos de células de superrede, onde a noção de uma célula de superrede (também conhecida como célula de padrão moiré; ver Fig. 2) se refere a uma estrutura relativamente grande que ocorre periodicamente no padrão atômico, que surge quando duas folhas de grafeno sobrepostas são torcidas uma em relação à outra.

p Dr. Artem Sboychakov, um co-autor da revisão e um cientista pesquisador sênior do Laboratório nº 1 do Instituto de Eletrodinâmica Teórica e Aplicada comentou sobre a publicação da revisão:"É uma característica comum a todos os sistemas com um padrão moiré, incluindo grafeno bicamada torcida que eles são dotados de uma física bastante complexa, principalmente devido à complexidade de sua estrutura. Certos aspectos de seu comportamento, como os efeitos das interações entre os elétrons, ainda não foram totalmente compreendidos. Devemos esperar uma série de descobertas interessantes neste campo. "

p O Dr. Alexander Rakhmanov, do MIPT, que chefia o Laboratório nº 1 do Instituto de Eletrodinâmica Teórica e Aplicada, acrescentou:"Nossa equipe tem uma experiência considerável em estudos teóricos de interações elétron-elétron em sistemas baseados em grafeno. Hoje em dia, além de abordagens puramente analíticas, o papel das técnicas numéricas não pode ser superestimado. Eles nos ajudam a encontrar as respostas para muitas das questões teóricas importantes. Os autores desta revisão estão fazendo pesquisas principalmente no Instituto RIKEN de Pesquisa Física e Química no Japão e no Instituto de Eletrodinâmica Teórica e Aplicada, que colabora estreitamente com o Departamento de Eletrodinâmica de Sistemas Complexos e Nanofotônica do MIPT. Entre esses dois institutos importantes, temos capacidade de computação suficiente para conduzir estudos computacionais extensivos. Acho que poderia resumir os resultados de minha própria pesquisa e a experiência que ganhamos ao escrever a revisão, dizendo que podemos esperar que o grafeno e os sistemas baseados neste material continuem sendo uma fonte de inspiração científica para muitos pesquisadores - tanto teóricos quanto experimentalistas - para anos que virão."