Por 15 anos, cientistas tentaram explorar o "material milagroso" grafeno para produzir eletrônicos em nanoescala. No papel, o grafeno deve ser ótimo apenas para isso:é ultrafino - apenas um átomo de espessura e, portanto, bidimensional, é excelente para conduzir corrente elétrica, e é uma grande promessa para formas futuras de eletrônicos que são mais rápidos e mais eficientes em termos de energia. Além disso, o grafeno consiste em átomos de carbono - dos quais temos um suprimento ilimitado.

Em teoria, o grafeno pode ser alterado para realizar muitas tarefas diferentes, e. eletrônicos, fotônica ou sensores simplesmente cortando padrões minúsculos nele, pois isso altera fundamentalmente suas propriedades quânticas. Uma tarefa "simples", o que acabou sendo surpreendentemente difícil, é induzir um gap - que é crucial para fazer transistores e dispositivos optoeletrônicos. Contudo, uma vez que o grafeno tem apenas a espessura de um átomo, todos os átomos são importantes e mesmo pequenas irregularidades no padrão podem destruir suas propriedades.

"O grafeno é um material fantástico, que eu acho que vai desempenhar um papel crucial na fabricação de novos eletrônicos em nanoescala. O problema é que é extremamente difícil projetar as propriedades elétricas, "diz Peter Bøggild, professor da DTU Física.

O Center for Nanostructured Grapheneat DTU e Aalborg University foi estabelecido em 2012 especificamente para estudar como as propriedades elétricas do grafeno podem ser adaptadas, alterando sua forma em uma escala extremamente pequena. Quando realmente padroniza o grafeno, a equipe de pesquisadores do DTU e Aalborg experimentou o mesmo que outros pesquisadores em todo o mundo:não funcionou.

"Quando você faz padrões em um material como o grafeno, você faz isso para alterar suas propriedades de maneira controlada - para corresponder ao seu projeto. Contudo, o que vimos ao longo dos anos é que podemos fazer os furos, mas não sem introduzir tanta desordem e contaminação que não se comporta mais como o grafeno. É um pouco semelhante a fazer um cano de água parcialmente bloqueado por causa de uma fabricação deficiente. No lado de fora, pode parecer bom, mas a água não pode fluir livremente. Para eletrônicos, isso é obviamente desastroso, "diz Peter Bøggild.

Agora, a equipe de cientistas resolveu o problema. Os resultados são publicados em Nature Nanotechnology .Dois pós-doutorandos da DTU Physics, Bjarke Jessen e Lene Gammelgaard, primeiro grafeno encapsulado dentro de outro material bidimensional - nitreto de boro hexagonal, um material não condutor que é freqüentemente usado para proteger as propriedades do grafeno.

Próximo, eles usaram uma técnica chamada litografia de feixe de elétrons para padronizar cuidadosamente a camada protetora de nitreto de boro e grafeno abaixo com uma matriz densa de orifícios ultrapequenos. Os orifícios têm um diâmetro de aprox. 20 nanômetros, com apenas 12 nanômetros entre eles - no entanto, a rugosidade na borda dos orifícios é menor que 1 nanômetro, ou um bilionésimo de metro. Isso permite que 1000 vezes mais corrente elétrica flua do que o relatado em estruturas tão pequenas de grafeno. E não apenas isso.

"Mostramos que podemos controlar a estrutura da banda do grafeno e projetar como ele deve se comportar. Quando controlamos a estrutura da banda, temos acesso a todas as propriedades do grafeno - e descobrimos, para nossa surpresa, que alguns dos efeitos eletrônicos quânticos mais sutis sobrevivem ao denso padrão - isso é extremamente encorajador. Nosso trabalho sugere que podemos sentar na frente do computador e projetar componentes e dispositivos - ou sonhar com algo inteiramente novo - e depois ir para o laboratório e realizá-los na prática, "diz Peter Bøggild. Ele continua:

"Muitos cientistas há muito abandonaram a tentativa de nanolitografia em grafeno nesta escala, e é uma pena, já que a nanoestruturação é uma ferramenta crucial para explorar os recursos mais interessantes da eletrônica e da fotônica do grafeno. Agora descobrimos como isso pode ser feito; pode-se dizer que a maldição foi suspensa. Existem outros desafios, mas o fato de podermos adaptar as propriedades eletrônicas do grafeno é um grande passo para a criação de novos eletrônicos com dimensões extremamente pequenas, "diz Peter Bøggild.