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NOVIDADES
O arranjo de átomos de carbono similar a uma estrutura de favo de mel com espessura de apenas um único átomo é mais leve que o alumínio, mais resistente que o aço e conduz calor e eletricidade melhor que o cobre. Como resultado, os cientistas estão tentando explorar esse material para aplicá-lo em melhores telas de computador, painéis solares, telas sensíveis ao toque, circuitos integrados e sensores biomédicos, entre outras aplicações. Entretanto, tem sido extremamente difícil a fabricação confiável de dispositivos baseados em grafeno, que mantenham suas características elétricas quando estão operando a temperatura e pressão ambiente.  Imagem de um dispositivo de grafeno suspenso, obtida por um microscópio de varredura. A folha de grafeno está representada pela camada de coloração alaranjada, suspensa entre seis colunas retangulares feitas de dióxido de silício e cobertas com ouro. Créditos: A.K.M. Newaz / Laboratório Bolotin.
Em artigo publicado na Nature Communications, uma equipe de físicos da Universidade de Vanderbilt, EUA, comunicou não só ter encontrado a fonte da interferência que inibia o fluxo rápido de elétrons através de dispositivos feitos com grafeno, mas também um modo de suprimi-la. Esta descoberta permitiu à equipe alcançar níveis recordes de mobilidade eletrônica - medida da velocidade com que os elétrons viajam através de um material -, à temperatura ambiente, três vezes maior que os relatados anteriormente em dispositivos feitos com grafeno. "O problema é que, quando você faz o grafeno, não tem somente grafeno. Você também tem muitas impurezas," disse Kirill Bolotin, professor-assistente de Física, que conduziu o estudo com o pesquisador associado A. K. M. Newaz. "O grafeno é extraordinariamente susceptível a influências externas, então o campo elétrico criado por impurezas carregadas na sua superfície espalham os elétrons que estão viajando pelas folhas de grafeno, fazendo com que transistores feitos de grafeno operem mais devagar e aqueçam mais." Alguns pesquisadores já haviam proposto que as impurezas carregadas, presentes na superfície do grafeno, eram as principais responsáveis pela diminuição da mobilidade, mas disseram não ter absoluta certeza disto. Além disso, diversas outras teorias têm sido desenvolvidas na tentativa de explicar esse fenômeno.  Esquema experimental - Uma folha de grafeno (azul claro) é suspensa entre colunas de dióxido de silício (SiO2), coberto com uma camada de ouro (Au), que foi depositado na camada de SiO2, crescida termicamente em uma camada de silício dopado (Si). O dispositivo é imerso em um solvente líquido. Quando o solvente está eletricamente polarizado por uma voltagem (VG), os íons presentes no líquido formam uma camada elétrica dupla (EDL), nos dois lados da folha de grafeno. Créditos: A.K.M Newaz / Laboratório Bolotin
Ao mesmo tempo, o experimento não encontrou evidências suportando teorias alternativas que afirmavam que as ondulações nas folhas de grafeno eram uma fonte significativa de espalhamento de elétrons. A fim de compreender o problema da mobilidade, a equipe de Bolotin suspendeu folhas de grafeno em uma série de diferentes líquidos e mediu as propriedades de transporte elétrico do material. Perceberam, então, que a mobilidade eletrônica do grafeno é drasticamente aumentada quando este é submergido em líquidos eletricamente neutros, que podem absorver grandes quantidades de energia elétrica (possuem grandes constantes dielétricas). Eles alcançaram o nível recorde de mobilidade de 60.000, usando anisol, líquido incolor com odor agradável, aromático, usado principalmente em perfumaria. "Esses líquidos suprimem os campos elétricos das impurezas, permitindo o fluxo de elétrons com poucas obstruções", afirmou Bolotin. Agora que a fonte da degradação do desempenho elétrico do grafeno foi claramente identificada, será possível pensar em projetos de dispositivos confiáveis, disse Bolotin. De acordo com o físico, há também uma possível vantagem para a extraordinária sensibilidade do grafeno ao meio, que pode ser explorada. O grafeno permite fazer sensores extremamente sensíveis, de vários tipos, e, já que é feito inteiramente de carbono, é biocompatível, podendo, portanto, vir a a constituir um sensor biológico ideal. Nanowerk (Tradução - AGS). Nota do Scientific Editor: o trabalho "Probing charge scattering mechanisms in suspended graphene by varying its dielectric environment", de autoria de A.K.M. Newaz, Yevgeniy S. Puzyrev, Bin Wang, Sokrates T. Pantelides e Kirill I. Bolotin, foi publicado na Nature Communications e pode ser acessado no link http://dx.doi.org/10.1038/ncomms1740. |
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