Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid han desarrollado un método de crecimiento de grafeno que permite su formación sobre superficies de cristales de oro, ampliando sus posibilidades como material clave en la electrónica del futuro.
Un importante reto científico en la actualidad consiste en lograr desarrollar métodos de crecimiento de grafeno, material resistente, transparente y extremadamente flexible que promete ser fundamental en la electrónica del futuro. Uno de los métodos de crecimiento de grafeno más utilizados hasta el momento es el de la descomposición térmica de hidrocarburos sobre superficies metálicas. Sin embargo, este método no funciona correctamente sobre superficies de baja reactividad, como las de oro, donde la adsorción de los hidrocarburos es muy débil.
Recientemente, investigadores del departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) lograron desarrollar un método de crecimiento de grafeno sobre metales de baja reactividad, descrito en un artículo publicado en la revista Nano Letters.
Según el artículo, este método proporciona resultados similares a los de los métodos más tradicionales sobre superficies de cobre, al tiempo que permite, por primera vez, el crecimiento de grafeno sobre superficies de cristales de oro. Esto último, según los autores, es enormemente relevante, ya que permitirá optimizar las propiedades del contacto entre el grafeno y el oro, que es posiblemente el material más comúnmente usado para los contactos de grafeno.
El método
El nuevo método de crecimiento de grafeno consiste en la irradiación del substrato metálico con iones de etileno que son acelerados contra la superficie del metal mediante una diferencia de potencial de 500 voltios. Durante la irradiación, la superficie de la muestra se mantiene a altas temperaturas, del orden de 800 grados centígrados. Posteriormente, las superficies preparadas de este modo son caracterizadas a través de un microscopio de efecto túnel de temperatura variable, construido por los propios investigadores.
Este tipo de microscopios permite la obtención de imágenes de muestras conductoras a diferentes temperaturas con resolución atómica. En la figura se pueden observar algunas imágenes adquiridas con el microscopio sobre un área específica de una muestra de grafeno crecido sobre un substrato de oro mediante este método.
Los investigadores también aprovecharon la alta sensibilidad del microscopio para estudiar la interacción electrónica entre la capa de grafeno y la superficie de los substratos de cobre y de oro. Este tipo de estudios son de especial relevancia de cara a las posibles aplicaciones del grafeno en las que éste podría ser combinado con diferentes materiales que podrían afectar a sus propiedades.
Los resultados obtenidos revelan una débil interacción entre el grafeno y las superficies de cobre y de oro; interacción que resulta ser particularmente débil en el caso del oro, donde se ha observado que no hay una transferencia apreciable de electrones entre el grafeno y el metal. De este modo, la capa de grafeno crecida sobre un substrato de oro podría ser, hasta la fecha, el sistema grafeno-metal que presenta una menor interacción mutua.
Un material del futuro
El grafeno es un material de reciente innovación que consiste en una lámina de carbono —de un átomo de espesor— en la que los átomos se ordenan en una estructura tipo panal de abeja. Como consecuencia de esta estructura bidimensional tan particular, el grafeno presenta unas sorprendentes propiedades mecánicas y electrónicas que le convierten en un potencial candidato a ser integrado en futuros dispositivos electrónicos. De hecho, compañías como IBM y Samsung actualmente destinan grandes recursos con este objetivo, permitiendo que los avances en este campo sean ya una realidad.
A modo de ejemplo, cabe destacar el diseño de prototipos de transistores que, gracias a la alta movilidad de los electrones en grafeno, pueden operar a frecuencias de hasta 250 Ghz; o la construcción de un prototipo de pantalla táctil flexible gracias a la alta flexibilidad del material. Ambos ejemplos abren posibilidades al diseño de teléfonos móviles, o incluso ordenadores portátiles, completamente plegables y con elevadas velocidades de operación.
Referencia bibliográfica:
Martinez-Galera, A. J.; Brihuega, I.; Gomez-Rodriguez, J. M. "Ethylene Irradiation: A New Route to Grow Graphene on Low Reactivity Metals". Nano Lett.2011, 11, 3576–3580.
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