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Científicos detectan átomos de impurezas individuales en grafeno

MADRID. E.P.  | 14.04.2018 
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Un equipo que incluye físicos de la Universidad de Basilea, en Suixa, ha logrado utilizar el microscopio de fuerza atómica para obtener imágenes de átomos de impurezas individuales en bandas de grafeno. Gracias a las fuerzas medidas en el enrejado de carbono bidimensional del grafeno, pudieron identificar el boro y el nitrógeno por primera vez, según informaron los investigadores en la revista Science Advances.

El grafeno está hecho de una capa bidimensional de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. Los fuertes enlaces entre los átomos de carbono hacen que el grafeno sea extremadamente estable pero flexible. También es un excelente conductor eléctrico a través del cual la electricidad puede fluir casi sin pérdida.

Las propiedades distintivas del grafeno se pueden expandir aún más mediante la incorporación de átomos de impureza en un proceso conocido como "dopaje". Los átomos de impureza causan cambios locales de la conducción que, por ejemplo, permiten que el grafeno se use como un pequeño transistor y posibilitan la construcción de circuitos.

En una colaboración entre científicos de la Universidad de Basilea y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Tsukuba, en Japón, la Universidad Kanazawa y la Universidad Kwansei Gakuin, también en Japón, y la Universidad Aalto, en Finlandia, los investigadores crearon y examinaron específicamente cintas de grafeno que contenían átomos de impurezas.

Reemplazaron átomos de carbono particulares en la red hexagonal con átomos de boro y nitrógeno utilizando la química de la superficie, colocando compuestos precursores orgánicos adecuados sobre una superficie de oro. Bajo la exposición al calor hasta 400 ° C, se formaron diminutas cintas de grafeno en la superficie de oro de los precursores, incluidos los átomos de impurezas en sitios específicos.

Científicos del equipo dirigido por el profesor Ernst Meyer, del Instituto Suizo de Nanociencia y del Departamento de Física de la Universidad de Basilea, examinaron estas cintas de grafeno utilizando microscopía de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés). Utilizaron una punta con monóxido de carbono y midieron las pequeñas fuerzas que actúan entre la punta y los átomos individuales.

Este método permite detectar incluso las diferencias más pequeñas en fuerzas. Al observar las distintas fuerzas, los investigadores pudieron mapear e identificar los átomos. "Las fuerzas medidas para los átomos de nitrógeno son mayores que para un átomo de carbono --explica el autor principal del estudio, el doctor Shigeki Kawai, exinvestigador postdoctoral en el equipo de Meyer--. Medimos las fuerzas más pequeñas para los átomos de boro".

Las diferentes fuerzas se pueden explicar por la distinta proporción de fuerzas de repulsión, que se debe a los diferentes radios atómicos. Las simulaciones por ordenador confirmaron las lecturas, lo que demuestra que la tecnología de AFM es adecuada para realizar análisis químicos de átomos de impurezas en los prometedores compuestos de carbono bidimensionales.