p Adicionar cálcio a uma estrutura de substrato de grafeno composto cria um supercondutor de alta temperatura de transição (Tc). p Em um novo estudo, uma equipe liderada pela Austrália confirmou pela primeira vez o que realmente acontece com esses átomos de cálcio:Surpreendendo a todos, o cálcio vai por baixo da folha de grafeno superior e da folha de buffer inferior, flutuando o grafeno em uma camada de átomos de cálcio.

p Grafeno supercondutor com injeção de cálcio é uma grande promessa para eletrônicos com eficiência energética e eletrônicos transparentes.

p Estudando o grafeno dopado com cálcio:jogando fora o edredom

p As propriedades do grafeno podem ser ajustadas pela injeção de outro material (um processo conhecido como intercalação) por baixo do grafeno, ou entre duas folhas de grafeno.

p Esta injeção de átomos ou moléculas estranhas altera as propriedades eletrônicas do grafeno, seja aumentando sua condutância, diminuindo as interações com o substrato, ou ambos.

p A injeção de cálcio na grafite cria um material composto (grafite intercalada com cálcio, CaC ₆ ) com uma temperatura de transição supercondutora relativamente alta (T _c ) Nesse caso, os átomos de cálcio, em última análise, residem entre as folhas de grafeno.

p A injeção de cálcio no grafeno em um substrato de carboneto de silício também cria uma alta T _c supercondutor, e sempre pensamos que sabíamos para onde vai o cálcio neste caso também ...

p Grafeno em carboneto de silício tem duas camadas de átomos de carbono:uma camada de grafeno em cima de outra camada tampão:uma camada de carbono (semelhante ao grafeno na estrutura) que se forma entre o grafeno e o substrato de carboneto de silício durante a síntese, e não é condutor devido a estar parcialmente ligado à superfície do substrato.

p "Imagine que o carboneto de silício é como um colchão com uma folha justa (a camada de proteção colada a ele) e uma folha plana (o grafeno), "explica o autor principal Jimmy Kotsakidis.

p A sabedoria convencional afirma que o cálcio deve ser injetado entre as duas camadas de carbono (entre duas folhas), semelhante à injeção entre as camadas de grafeno na grafite. Surpreendentemente, a equipe liderada pela Monash University descobriu que, quando injetada, o local de destino final dos átomos de cálcio, em vez disso, fica entre a camada tampão e o substrato de carboneto de silício subjacente (entre o lençol e o colchão!).

p "Foi uma grande surpresa para nós quando percebemos que o cálcio estava aderindo à superfície de silício do substrato, realmente ia contra o que pensávamos que aconteceria, "explica Kotsakidis.

p Após a injeção, o cálcio quebra as ligações entre a camada tampão e a superfície do substrato, portanto, fazendo com que a camada de buffer 'flutue' acima do substrato, criando um novo, estrutura de grafeno de bicamada quase independente (Ca-QFSBLG).

p Este resultado foi inesperado, com extensos estudos anteriores não considerando a intercalação de cálcio sob a camada tampão. O estudo, portanto, resolve a confusão e a controvérsia de longa data a respeito da posição do cálcio intercalado.

p Medições de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) no Síncrotron australiano foram capazes de identificar a localização do cálcio próximo à superfície do carboneto de silício

p Os resultados também foram apoiados por difração de elétrons de baixa energia (LEED), e medições de microscopia de tunelamento de varredura (STM), e modelando usando a teoria do funcional da densidade (DFT).

p E magnésio também ...

p Com essas informações em mãos, a equipe australiana também decidiu investigar se o magnésio - que é notoriamente difícil de injetar na estrutura do grafite - poderia ser inserido (intercalado) no grafeno em um substrato de carboneto de silício.

p Para surpresa dos pesquisadores, o magnésio se comportou de maneira muito semelhante ao cálcio, e também injetado entre o grafeno e o substrato, novamente flutuando o grafeno.

p Grafeno tipo n intercalado com magnésio e cálcio dopou o grafeno, e resultou em um grafeno de baixa função de trabalho, um aspecto atraente ao usar o grafeno como um contato elétrico condutor para outros materiais.

p Mas ao contrário do cálcio, Grafeno intercalado com magnésio permaneceu estável na atmosfera ambiente por pelo menos seis horas, superando um grande obstáculo técnico para o grafeno intercalado alcalino e alcalino-terroso.

p "O fato de Mg-QFSBLG ser um material de baixa função de trabalho e do tipo n dopar o grafeno enquanto permanece bastante estável na atmosfera ambiente é um grande passo na direção certa para a implementação desses novos materiais intercalados em aplicações tecnológicas, "explica o co-autor Prof Michael Fuhrer.

p "O grafeno intercalado com magnésio pode ser um trampolim para a descoberta de outros intercalantes semelhantes estáveis."

p O papel, "Grafeno n-dopado autônomo via intercalação de cálcio e magnésio na interface da camada tampão-SiC (0001), "foi publicado em Química de Materiais em julho de 2020.