O dispositivo em que você está lendo este artigo nasceu da revolução do silício. Para construir circuitos elétricos modernos, os pesquisadores controlam as capacidades de condução de corrente do silício por meio de doping, que é um processo que introduz elétrons carregados negativamente ou "buracos" carregados positivamente onde os elétrons costumavam estar. Isso permite que o fluxo de eletricidade seja controlado e, para o silício, envolve a injeção de outros elementos atômicos que podem ajustar os elétrons – conhecidos como dopantes – em sua rede atômica tridimensional (3D).
A estrutura 3D do silício, no entanto, é grande demais para a eletrônica da próxima geração, que inclui transistores ultrafinos, novos dispositivos para comunicação óptica e biossensores flexíveis que podem ser usados ​​ou implantados no corpo humano. Para diminuir as coisas, os pesquisadores estão experimentando materiais não mais espessos que uma única folha de átomos, como o grafeno. Mas o método testado e comprovado para dopar silício 3D não funciona com grafeno 2D, que consiste em uma única camada de átomos de carbono que normalmente não conduz uma corrente.

Em vez de injetar dopantes, os pesquisadores tentaram colocar camadas em uma "camada de transferência de carga" destinada a adicionar ou retirar elétrons do grafeno. No entanto, os métodos anteriores usavam materiais "sujos" em suas camadas de transferência de carga; impurezas nestes deixariam o grafeno dopado de forma desigual e impediria sua capacidade de conduzir eletricidade.

Agora, um novo estudo em Nature Electronics propõe um caminho melhor. Uma equipe interdisciplinar de pesquisadores, liderada por James Hone e James Teherani na Universidade de Columbia, e Won Jong Yoo na Universidade Sungkyungkwan na Coréia, descrevem uma técnica limpa para dopar grafeno através de uma camada de transferência de carga feita de oxiseleneto de tungstênio de baixa impureza (TOS) .

A equipe gerou a nova camada "limpa" oxidando uma única camada atômica de outro material 2D, o seleneto de tungstênio. Quando o TOS foi colocado em cima do grafeno, eles descobriram que ele deixou o grafeno cheio de buracos condutores de eletricidade. Esses buracos podem ser ajustados para controlar melhor as propriedades condutoras de eletricidade dos materiais, adicionando algumas camadas atômicas de seleneto de tungstênio entre o TOS e o grafeno.

Os pesquisadores descobriram que a mobilidade elétrica do grafeno, ou a facilidade com que as cargas se movem através dele, foi maior com o novo método de doping do que as tentativas anteriores. A adição de espaçadores de seleneto de tungstênio aumentou ainda mais a mobilidade até o ponto em que o efeito do TOS se torna insignificante, deixando a mobilidade a ser determinada pelas propriedades intrínsecas do próprio grafeno. Essa combinação de alta dopagem e alta mobilidade confere ao grafeno maior condutividade elétrica do que a de metais altamente condutores, como cobre e ouro.

À medida que o grafeno dopado melhorou na condução de eletricidade, também se tornou mais transparente, disseram os pesquisadores. Isso se deve ao bloqueio de Pauli, fenômeno em que cargas manipuladas por dopagem impedem que o material absorva luz. Nos comprimentos de onda infravermelhos usados ​​nas telecomunicações, o grafeno tornou-se mais de 99% transparente. Alcançar uma alta taxa de transparência e condutividade é crucial para mover informações através de dispositivos fotônicos baseados em luz. Se muita luz for absorvida, a informação se perde. A equipe encontrou uma perda muito menor para o grafeno dopado com TOS do que para outros condutores, sugerindo que esse método pode ter potencial para dispositivos fotônicos ultraeficientes de próxima geração.

"Esta é uma nova maneira de adaptar as propriedades do grafeno sob demanda", disse Hone. "Acabamos de começar a explorar as possibilidades desta nova técnica."

Uma direção promissora é alterar as propriedades eletrônicas e ópticas do grafeno alterando o padrão do TOS e imprimir circuitos elétricos diretamente no próprio grafeno. A equipe também está trabalhando para integrar o material dopado em novos dispositivos fotônicos, com aplicações potenciais em eletrônicos transparentes, sistemas de telecomunicações e computadores quânticos. + Explorar mais

O alongamento altera as propriedades eletrônicas do grafeno