p Uma nova maneira de cultivar fitas estreitas de grafeno, uma estrutura leve e forte de átomos de carbono com um único átomo de espessura ligados em hexágonos, pode resolver uma lacuna que impediu o material de atingir todo o seu potencial em aplicações eletrônicas. Nanofitas de grafeno, meros bilionésimos de um metro de largura, exibem propriedades eletrônicas diferentes das folhas bidimensionais do material. p "O confinamento muda o comportamento do grafeno, "disse An-Ping Li, um físico do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia. O grafeno em folhas é um excelente condutor elétrico, mas o estreitamento do grafeno pode transformar o material em um semicondutor se as fitas forem feitas com um formato de borda específico.

p Esforços anteriores para fazer nanofitas de grafeno empregaram um substrato de metal que prejudicava as propriedades eletrônicas úteis das fitas.

p Agora, cientistas da ORNL e da North Carolina State University relatam na revista Nature Communications que eles são os primeiros a cultivar nanofitas de grafeno sem um substrato de metal. Em vez de, eles injetaram portadores de carga que promovem uma reação química que converte um precursor de polímero em uma nanofita de grafeno. Em sites selecionados, esta nova técnica pode criar interfaces entre materiais com diferentes propriedades eletrônicas. Essas interfaces são a base dos dispositivos eletrônicos semicondutores, desde circuitos integrados e transistores até diodos emissores de luz e células solares.

p "O grafeno é maravilhoso, mas tem limites, "disse Li." Em folhas largas, ele não tem uma lacuna de energia - uma faixa de energia em um sólido onde nenhum estado eletrônico pode existir. Isso significa que você não pode ligá-lo ou desligá-lo. "

p Quando uma tensão é aplicada a uma folha de grafeno em um dispositivo, os elétrons fluem livremente como nos metais, limitando severamente a aplicação do grafeno na eletrônica digital.

p "Quando o grafeno se torna muito estreito, cria uma lacuna de energia, "Li disse." Quanto mais estreita for a fita, quanto maior é a lacuna de energia. "

p Em nanofitas de grafeno muito estreitas, com largura de nanômetro ou até menos, como as estruturas terminam na borda da fita também é importante. Por exemplo, cortar grafeno ao longo da lateral de um hexágono cria uma borda que se assemelha a uma poltrona; este material pode atuar como um semicondutor. A excisão de triângulos de grafeno cria uma borda em zigue-zague - e um material com comportamento metálico.

p Para fazer crescer nanofitas de grafeno com largura controlada e estrutura de borda de precursores de polímero, pesquisadores anteriores usaram um substrato de metal para catalisar uma reação química. Contudo, o substrato de metal suprime estados de borda úteis e encolhe o gap de banda desejado.

p Li e seus colegas decidiram se livrar desse problemático substrato de metal. No Center for Nanophase Materials Sciences, um DOE Office of Science User Facility em ORNL, eles usaram a ponta de um microscópio de tunelamento de varredura para injetar portadores de carga negativa (elétrons) ou portadores de carga positiva ("buracos") para tentar desencadear a reação química chave. Eles descobriram que apenas buracos o desencadearam. Posteriormente, eles foram capazes de fazer uma fita com apenas sete átomos de carbono de largura - menos de um nanômetro de largura - com bordas na conformação de poltrona.

p "Descobrimos o mecanismo fundamental, isso é, como a injeção de carga pode diminuir a barreira da reação para promover esta reação química, "Li disse. Movendo a ponta ao longo da cadeia de polímero, os pesquisadores puderam selecionar onde desencadearam essa reação e converter um hexágono da rede de grafeno por vez.

p Próximo, os pesquisadores farão heterojunções com diferentes moléculas precursoras e explorarão funcionalidades. Eles também estão ansiosos para ver quanto tempo os elétrons podem viajar nessas fitas antes de se espalharem, e irá compará-lo com uma nanofita de grafeno feita de outra maneira e conhecida por conduzir elétrons extremamente bem. O uso de elétrons como fótons pode fornecer a base para um novo dispositivo eletrônico que pode transportar corrente virtualmente sem resistência, mesmo à temperatura ambiente.

p "É uma maneira de personalizar propriedades físicas para aplicações de energia, "Li disse." Este é um excelente exemplo de escrita direta. Você pode direcionar o processo de transformação em nível molecular ou atômico. "Além disso, o processo pode ser ampliado e automatizado.

p O título do artigo atual é "Conversão controlável de cadeias de polímero quase autônomas em nanofitas de grafeno."