Defectos de “mordida” en nanoribonas de grafeno ascendentes

Newswise – Los nanotubos de grafeno (GNR), que son tiras estrechas de grafeno monocapa, tienen interesantes propiedades físicas, eléctricas, térmicas y ópticas debido a la interacción entre estructuras cristalinas y electrónicas. Estas nuevas propiedades los han llevado a un primer plano en la búsqueda de formas de desarrollar la próxima generación de nanotecnologías.

Si bien las técnicas de fabricación de abajo hacia arriba ahora permiten el ensamblaje de una amplia gama de nanotubos de grafeno que presentan geometrías de borde bien definidas, anchos e incorporación de átomos heterogéneos, la pregunta es si la disrupción estructural está presente en estos GNR atómicamente precisos, y cuál es el rango, sigue siendo un punto discutible. La respuesta a este acertijo es de vital importancia para cualquier aplicación potencial o dispositivo resultante.

Colaboración entre Oleg Yazyev’s Cátedra de Física Matemática Condensada The Theory Group en EPFL y Roman Fasel Experimental [email protected] El laboratorio de Empa ha elaborado dos artículos sobre este tema en nanotubos de grafeno con bordes irregulares y bordes irregulares.

“En estos dos trabajos, nos centramos en caracterizar los ‘defectos de mordida’ en los nanotubos de grafeno y sus implicaciones para las propiedades de GNR”, explica Gabriela Burin Barin de Empa. [email protected] laboratorio. “Observamos que, aunque la presencia de estos defectos podría interrumpir la transmisión electrónica de GNR, también podrían producir corrientes de espín polarizado. Estos son resultados importantes en el contexto de aplicaciones potenciales de GNR en nanorónica y tecnología cuántica”.

Sillón de nanocintas de grafeno

el papel “Transporte electrónico cuantitativo a través de defectos de “mordida” en nanotubos de grafeno,Que fue publicado recientemente en Materiales bidimensionalesSe ve particularmente en nanotubos de grafeno de sillón de 9 átomos (9-AGNR). La resistencia mecánica, la estabilidad a largo plazo en condiciones ambientales, la facilidad de transporte a los sustratos de destino, la reproducibilidad y el ancho de banda prohibida apropiado de estos GNR los han convertido en uno de los candidatos más prometedores para la integración como canales activos en transistores de efecto de campo (FET). . De hecho, entre los dispositivos electrónicos basados ​​en grafeno logrados hasta la fecha, los 9-AGNR-FET exhiben el rendimiento más alto.

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Si bien el papel perjudicial de los defectos en los dispositivos electrónicos es bien conocido, las barreras de Schottky y las barreras de energía potencial de los electrones formados en las uniones de metal y semiconductores limitan el rendimiento de los GNR-FET actuales y evitan la caracterización experimental del efecto de los defectos en el rendimiento del dispositivo. . En el Materiales bidimensionales En el artículo, los investigadores combinan métodos experimentales y teóricos para investigar defectos en los AGNR progresivos.

El escaneo de túnel y la microscopía de fuerza atómica permitieron a los investigadores identificar los anillos de benceno faltantes en los bordes como un defecto muy común en los 9-AGNR y estimar tanto la densidad como la distribución espacial de estos defectos, que llamaron defectos de “mordida”. Determinaron la densidad y encontraron que tenían una fuerte tendencia a aglutinarse. Luego, los investigadores utilizaron cálculos del primer principio para explorar el efecto de estos defectos en el transporte de carga cuántica, y encontraron que estos defectos los interrumpen significativamente en los bordes de la banda al reducir la conducción.

Estos resultados teóricos luego se generalizan a nanotubos más amplios de manera sistemática, lo que permite a los investigadores desarrollar pautas prácticas para reducir el papel perjudicial de estos defectos en la transferencia de carga, un paso útil hacia la realización de nuevos dispositivos electrónicos basados ​​en carbono.

Tiras de nanoescala de grafeno en zigzag

En papel “Perturbación de borde en el devanado ascendente de tiras de grafeno a nanoescala: implicaciones para el magnetismo y el transporte cuántico de electrones., Publicado recientemente en Revista de letras de química físicaEl mismo equipo de investigadores combina experimentos de microscopía de sonda con cálculos de primeros principios para examinar la perturbación estructural y su efecto sobre el magnetismo y el transporte de electrones en los llamados GNR de devanado ascendente (ZGNR).

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Los ZGNR son únicos debido a su disposición magnética sin metales no convencional que, según las predicciones, se mantiene a temperatura ambiente. Tienen momentos magnéticos acoplados magnéticamente a lo largo del borde y antimagnéticos a través de él y se ha demostrado que las estructuras electrónicas y magnéticas son altamente modificables, por ejemplo, carga de dopaje, campos eléctricos, deformaciones de la red o defectos geométricos. La combinación de correlaciones magnéticas ajustables, grandes anchos de banda prohibida e interacciones débiles en la órbita de giro hizo que los ZGNR fueran candidatos prometedores para las operaciones lógicas de giro. El estudio examina específicamente las franjas en zigzag de seis carbonos de nanoestructuras de grafeno (6-ZGNR), los únicos anchos de ZGNR que se han logrado a través de un enfoque de abajo hacia arriba hasta ahora.

Una vez más, utilizando el túnel de fuerza atómica y la microscopía, los investigadores primero identificaron defectos ubicuos de vacantes de carbono en los bordes del nanoripón y luego resolvieron su estructura atómica. Sus resultados indican que cada vacante comprende una unidad de m-xileno faltante, es decir, otro defecto de “mordida”, que, al igual que los observados en los AGNR, proviene de la disociación del enlace CC que ocurre durante el proceso de hidrogenación cíclica de la reacción. Los investigadores estiman que la densidad de defectos de “mordida” en 6-ZGNR es mayor que la de defectos equivalentes en AGNR de abajo hacia arriba.

El efecto de estos defectos en la estructura electrónica y las propiedades de transporte cuantitativas de los 6-ZGNR se examina teóricamente nuevamente. Descubrieron que la introducción del defecto, similar a los AGNR, provoca una alteración significativa de la conducción. Además, en esta nanoestructura, estos defectos involuntarios conducen a un desequilibrio de la red hacia abajo, lo que provoca un momento magnético local. Esto, a su vez, da como resultado la transferencia de la carga polarizada giratoria que hace que los nanotubos devanados defectuosos sean ideales para aplicaciones en la electrónica inferior con lógica de carbono completa en los extremos de escalabilidad.

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La comparación de ZGNR y AGNR de igual ancho muestra que el transporte a través del primero es menos sensible a la introducción de defectos únicos y múltiples en comparación con el segundo. En general, la investigación proporciona una imagen global del impacto de los omnipresentes defectos de “mordida” en la estructura electrónica de baja energía de los nanotubos de grafeno de abajo hacia arriba. Los investigadores dijeron que la investigación futura puede centrarse en investigar otros tipos de defectos puntuales que se han observado experimentalmente en los bordes de estas nanopartículas.

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