El grafeno, una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red bidimensional en forma de panal, es conocido por sus propiedades excepcionales: increíble resistencia (unas 200 veces más fuerte que el acero), peso ligero, flexibilidad y excelente conducción de electricidad y calor. Estas propiedades han hecho que el grafeno sea cada vez más importante en aplicaciones en diversos campos, incluidos la electrónica, el almacenamiento de energía, la tecnología médica y, más recientemente, la computación cuántica.
Las propiedades cuánticas del grafeno, como la superconductividad y otros comportamientos cuánticos únicos, surgen cuando las capas atómicas del grafeno se apilan y retuercen con precisión para formar “dominios de apilamiento ABC”. Históricamente, lograr los dominios de apilamiento ABC requería exfoliar el grafeno y torcer y alinear manualmente las capas con la orientación correcta, un proceso altamente complejo que es difícil de escalar para aplicaciones industriales.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York dirigidos por Elisa Rideau, profesora Herman F. de Ingeniería Química y Biomolecular. Marc, al descubrir un nuevo fenómeno en la investigación del grafeno, observó dominios de apilamiento ABA y ABC autoorganizados que inducen el crecimiento y que pueden patear. Comience a desarrollar tecnología cuántica avanzada. Esta información ha surgido en un estudio publicado recientemente. Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).muestran cómo las disposiciones de apilamiento específicas surgen de forma natural en los sistemas de grafeno epitaxial de tres capas, eliminando la necesidad de técnicas complejas y no escalables utilizadas tradicionalmente en la fabricación de torsión de grafeno.
Estos investigadores, junto con Martin Razon, ex becario postdoctoral en la Universidad de Nueva York, han observado ahora el autoensamblaje de los dominios ABA y ABC dentro de un sistema de grafeno epitaxial de tres capas cultivado en carburo de silicio (SiC). Utilizando microscopía de fuerza atómica conductiva avanzada (AFM), el equipo descubrió que estos dominios se forman de forma natural sin necesidad de torsión o alineación manual. Esta organización espontánea representa un paso importante en la formación de dominios de apilamiento de grafeno.
El tamaño y la forma de estos dominios de apilamiento están influenciados por la interacción de la tensión y la geometría de la región de grafeno de tres capas. Algunos dominios se forman como estructuras en forma de franjas, de decenas de nanómetros de ancho y que se extienden a lo largo de micras, lo que ofrece posibilidades prometedoras para futuras aplicaciones.
“En el futuro podremos controlar el tamaño y la posición de estos patrones de apilamiento mediante patrones previos al crecimiento del sustrato de SiC”, dijo Rideau.
Estos dominios de apilamiento ABA/ABC autoensamblados pueden conducir a aplicaciones transformadoras en dispositivos cuánticos. Por ejemplo, sus configuraciones en forma de franjas son adecuadas para permitir efectos Hall cuánticos no convencionales, superconductividad y ondas de densidad de carga. Estos avances allanan el camino para dispositivos electrónicos escalables que exploten las propiedades cuánticas del grafeno.
El descubrimiento marca un gran salto en la investigación del grafeno, acercando a los científicos a aprovechar todo el potencial de este extraordinario material en la electrónica y la tecnología cuántica de próxima generación.
La financiación para esta investigación provino de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. con el premio # W911NF2020116. En el estudio también participaron investigadores de la Universidad Carolina de Praga.