Los investigadores se acercan al control del grafeno bidimensional
El dispositivo en el que está leyendo este artículo nació de la revolución del silicio. Para construir circuitos eléctricos modernos, los investigadores controlan la capacidad de conducción de corriente del silicio mediante el dopaje, que es un proceso que introduce electrones cargados negativamente o "huecos" cargados positivamente donde antes había electrones. Esto permite controlar el flujo de electricidad y, en el caso del silicio, implica inyectar otros elementos atómicos que pueden ajustar los electrones -conocidos como dopantes- en su red atómica tridimensional (3D).
El grafeno dopado con TOS es altamente conductor pero absorbe muy poco la luz infrarroja en el resonador, una combinación de propiedades que hace que este material sea único y prometedor para aplicaciones optoelectrónicas.
Ipshita Datta, Lipson Nanophotonics Group, Columbia University
Sin embargo, la red tridimensional del silicio es demasiado grande para la electrónica de próxima generación, que incluye transistores ultrafinos, nuevos dispositivos para la comunicación óptica y biosensores flexibles que puedan llevarse o implantarse en el cuerpo humano. Para adelgazar las cosas, los investigadores están experimentando con materiales que no tienen más grosor que una sola hoja de átomos, como el grafeno. Pero el método probado para dopar el silicio 3D no funciona con el grafeno 2D, que consiste en una sola capa de átomos de carbono que normalmente no conduce la corriente.
En lugar de inyectar dopantes, los investigadores han intentado aplicar una "capa de transferencia de carga" destinada a añadir o retirar electrones del grafeno. Sin embargo, los métodos anteriores utilizaban materiales "sucios" en sus capas de transferencia de carga; las impurezas de éstos dejaban el grafeno desigualmente dopado e impedían su capacidad de conducir la electricidad.
Ahora, un nuevo estudio publicado en Nature Electronics propone una forma mejor. Un equipo interdisciplinar de investigadores, dirigido por James Hone y James Teherani, de la Universidad de Columbia, y Won Jong Yoo, de la Universidad de Sungkyungkwan (Corea), describe una técnica limpia para dopar el grafeno mediante una capa de transferencia de carga hecha de oxiselenuro de tungsteno (TOS) de baja pureza.
El equipo generó la nueva capa "limpia" oxidando una única capa atómica de otro material 2D, el seleniuro de tungsteno. Cuando el TOS se superpuso al grafeno, descubrieron que dejaba el grafeno plagado de agujeros conductores de electricidad. Esos agujeros podían ajustarse para controlar mejor las propiedades conductoras de electricidad de los materiales añadiendo unas cuantas capas atómicas de seleniuro de tungsteno entre el TOS y el grafeno.
Los investigadores descubrieron que la movilidad eléctrica del grafeno, es decir, la facilidad con la que se mueven las cargas a través de él, era mayor con su nuevo método de dopaje que con los intentos anteriores. La adición de espaciadores de seleniuro de tungsteno aumentó aún más la movilidad hasta el punto de que el efecto del TOS se vuelve insignificante, dejando que la movilidad sea determinada por las propiedades intrínsecas del propio grafeno. Esta combinación de alto dopaje y alta movilidad confiere al grafeno una mayor conductividad eléctrica que la de metales altamente conductores como el cobre y el oro.
Según los investigadores, a medida que el grafeno dopado mejoraba en la conducción de la electricidad, también se volvía más transparente. Esto se debe al bloqueo de Pauli, un fenómeno en el que las cargas manipuladas por el dopaje impiden que el material absorba la luz. En las longitudes de onda infrarrojas que se utilizan en las telecomunicaciones, el grafeno se volvió más del 99% transparente. Conseguir un alto grado de transparencia y conductividad es crucial para mover la información a través de dispositivos fotónicos basados en la luz. Si se absorbe demasiada luz, se pierde información. El equipo descubrió una pérdida mucho menor en el grafeno dopado con TOS que en otros conductores, lo que sugiere que este método podría tener potencial para la próxima generación de dispositivos fotónicos ultraeficientes.
"Se trata de una nueva forma de adaptar las propiedades del grafeno a la carta", afirma Hone. "Acabamos de empezar a explorar las posibilidades de esta nueva técnica".
Una dirección prometedora es alterar las propiedades electrónicas y ópticas del grafeno cambiando el patrón del TOS, e imprimir circuitos eléctricos directamente en el propio grafeno. El equipo también está trabajando para integrar el material dopado en nuevos dispositivos fotónicos, con posibles aplicaciones en la electrónica transparente, los sistemas de telecomunicaciones y los ordenadores cuánticos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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