Las buckyballs sobre oro son menos exóticas que el grafeno
Las moléculas de C60 sobre un sustrato de oro parecen más complejas que sus homólogas de grafeno, pero tienen propiedades electrónicas mucho más ordinarias. Así lo demuestran ahora las mediciones con ARPES en BESSY II y los cálculos detallados.
Utilizando la teoría del funcional de la densidad y los datos de medición de la fotoemisión con resolución de espín, el equipo investigó el origen de las bandas repetidas de Au(111) y las resolvió como resonancias superficiales profundas. Estas resonancias conducen a una superficie de Fermi en forma de cebolla de Au(111).
HZB
El grafeno está formado por átomos de carbono que se entrecruzan en un plano para formar una estructura plana en forma de panal. Además de una sorprendente estabilidad mecánica, el material tiene propiedades electrónicas apasionantes: Los electrones se comportan como partículas sin masa, lo que puede demostrarse claramente en experimentos espectrométricos. Las mediciones revelan una dependencia lineal de la energía con respecto al momento, es decir, los denominados conos de Dirac, dos líneas que se cruzan sin que exista una brecha de banda, es decir, una diferencia de energía entre los electrones de la banda de conducción y los de las bandas de valencia.
Variantes de la arquitectura del grafeno
Las variantes artificiales de la arquitectura del grafeno son un tema candente en la investigación de materiales en estos momentos. En lugar de átomos de carbono, se han colocado puntos cuánticos de silicio, se han atrapado átomos ultrafríos en el entramado de nido de abeja con fuertes campos láser, o se han empujado moléculas de monóxido de carbono en una superficie de cobre pieza a pieza con un microscopio de barrido de túneles, donde podrían impartir las propiedades características del grafeno a los electrones del cobre.
¿Grafeno artificial con buckyballs?
Un estudio reciente sugiere que es infinitamente más fácil fabricar grafeno artificial utilizando moléculas de C60 llamadas buckyballs. Basta con depositar una capa uniforme de éstas sobre el oro para que los electrones de éste adquieran las propiedades especiales del grafeno. Las mediciones de los espectros de fotoemisión parecen mostrar una especie de cono de Dirac.
Análisis de las estructuras de banda en BESSY II
"Eso sería realmente asombroso", dice el Dr. Andrei Varykhalov, del HZB, que dirige un grupo de fotoemisión y microscopía de barrido en túnel. "Como la molécula C60 es absolutamente no polar, nos resultaba difícil imaginar cómo esas moléculas podrían ejercer una fuerte influencia sobre los electrones del oro". Así que Varykhalov y su equipo pusieron en marcha una serie de mediciones para comprobar esta hipótesis.
Mediante análisis minuciosos y detallados, el equipo de Berlín pudo estudiar las capas de C60 sobre el oro en un rango de energía mucho más amplio y para diferentes parámetros de medición. Utilizaron la espectroscopia ARPES resuelta en ángulo en BESSY II, que permite realizar mediciones especialmente precisas, y también analizaron el espín de los electrones para algunas mediciones.
Comportamiento normal
"Vemos una relación parabólica entre el momento y la energía en nuestros datos medidos, por lo que se trata de un comportamiento muy normal. Estas señales proceden de los electrones de las profundidades del sustrato (oro o cobre) y no de la capa, que podría verse afectada por las buckyballs", explica el Dr. Maxim Krivenkov, autor principal del estudio. El equipo también pudo explicar las curvas de medición lineales del estudio anterior. "Estas curvas de medición no hacen más que imitar los conos de Dirac; son un artefacto, por así decirlo, de una desviación de los fotoelectrones al salir del oro y pasar por la capa de C60", explica Varykhalov. Por tanto, la capa de buckyballs sobre el oro no puede considerarse un grafeno artificial.
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