El transporte de electrones en el grafeno bicapa muestra una clara dependencia de los estados marginales y de un mecanismo de transporte no local, según un estudio reciente dirigido por el Prof. Gil-Ho Lee y Ph.D. candidato Hyeon-woo Jeong del Departamento de Física de Postec, en colaboración con el Dr. Kenji Watanabe y el Dr. Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) de Japón. Los hallazgos han sido publicados en el International Nanotechnology Journal. Nanolitros.
El grafeno bicapa, compuesto por dos capas de grafeno apiladas verticalmente, puede explotar campos eléctricos aplicados externamente para modular su banda prohibida electrónica, una propiedad esencial para el transporte de electrones. Esta característica particular ha atraído considerable atención por su papel potencial en la “valley tronics”, un paradigma emergente para el procesamiento de datos de próxima generación. Al aprovechar un “valle” de estados cuánticos en la estructura energética del electrón que actúa como una unidad de almacenamiento de datos discreta, la valetronics permite un manejo de datos más rápido y eficiente que la electrónica convencional o la espintrónica. Con su banda prohibida ajustable, el grafeno bicapa se erige como una plataforma fundamental para la investigación avanzada de valetrónica y la innovación de dispositivos.
Un concepto central en electrónica de pozos es el ‘efecto Valley Hall (VHE)’, que describe cómo se selecciona el flujo de electrones a través de estados de energía discretos, conocidos como “valles”, dentro de un contenido dado. Como resultado, surge un fenómeno notable llamado “resistencia no local”, que introduce una resistencia mensurable en regiones donde no fluye la corriente directa, incluso en ausencia de vías de conducción.
Aunque gran parte de la literatura actual considera la resistencia no local como evidencia concluyente del efecto Valley Hall (VHE), algunos investigadores creen que las impurezas de los bordes del dispositivo o factores externos, como los procesos de fabricación, también pueden contribuir a los efectos observados. generan señales, que se saltan la discusión. Sobre el origen de los VHE no resueltos.
Para explorar la fuente definitiva de resistencia no local en el grafeno bicapa, el equipo de investigación conjunto POSCO-NIMS desarrolló un dispositivo de grafeno de doble puerta, que permite un control preciso de la banda prohibida. Luego compararon las propiedades eléctricas de los bordes de grafeno prístinos formados naturalmente con aquellos que habían sido procesados artificialmente mediante grabado con iones reactivos.
Los hallazgos revelaron que la resistencia no local en los bordes formados naturalmente está en línea con las expectativas teóricas, mientras que los bordes procesados por grabado exhibieron valores de resistencia no local dos órdenes de magnitud más altos. Esta discrepancia indica que el procedimiento de grabado introdujo vías de conducción externas no relacionadas con el efecto Valley Hall, lo que explica por qué se observó una banda prohibida baja en mediciones anteriores de grafeno bicapa.
“El proceso de grabado, que es un paso crítico en la fabricación de dispositivos, no ha recibido suficiente atención, especialmente en lo que respecta a sus efectos en el transporte no local”, comentó Hyun-Woo Jeong, primer autor del artículo. “Nuestros resultados enfatizan la necesidad de reevaluar estas consideraciones y ofrecer información importante para avanzar en el diseño y desarrollo de dispositivos Welltronics”.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF), el Ministerio de Ciencia y TIC, el Instituto de Planificación y Evaluación de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (IITP), la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (AFOSR), el Instituto de Ciencias. Basic Science (IBS), Samsung Science and Technology Foundation, Samsung Electronics Co., Ltd., Japan Society for the Promotion of Science (JSPS KAKENHI) y World Premier International Research Center Initiative (WPI).
