Cuando se trata de nanomateriales conductores de electricidad, se ha demostrado que el grafeno (más resistente y liviano que el acero y más conductor que el cobre) es una excelente opción para una amplia gama de tecnologías.
Los físicos están trabajando para aprender más sobre esta fascinante forma de carbono elemental natural, que consiste en una única capa plana de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal repetitiva.
Ahora, investigadores del Departamento de Física de la Universidad Estatal de Florida y el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético con sede en la FSU han publicado nuevos hallazgos que muestran que diversas manipulaciones físicas del grafeno, como el plegado y la torsión, pueden alterar sus propiedades ópticas y ¿conductividad? El estudio fue publicado en la revista Nanolitros.
El equipo, dirigido por el profesor asistente Guangxin Ni, junto con el profesor asistente Cyprien Lewandowski y el asistente de investigación Ty Wilson, descubrió que la conductividad del grafeno bicapa retorcido no se ve muy afectada por manipulaciones físicas o químicas y, en cambio, depende más de cómo el material tiene diminutos geometría. Cambio de estructura mediante torsión entre capas: un descubrimiento que abre la puerta a estudios adicionales sobre cómo las bajas temperaturas y frecuencias afectan las propiedades del grafeno.
“Esta línea particular de investigación comenzó como un intento de dilucidar algunas de las propiedades ópticas del grafeno bicapa retorcido, ya que este material ha sido fotografiado previamente con microscopios ópticos de barrido de campo cercano, pero de esta manera. “Nadie comparó diferentes ángulos de rotación, “, dijo Wilson. “Queríamos examinar este material desde esa perspectiva”.
Para realizar el estudio, el equipo capturó imágenes de plasmones (pequeñas ondas de energía que se producen cuando los electrones de un material se mueven juntos) que aparecen en diferentes regiones del grafeno bicapa retorcido.
“Un microscopio óptico de barrido de campo cercano esencialmente ilumina una longitud de onda específica de luz infrarroja sobre la muestra, y la luz dispersada se recoge para crear una imagen a nanoescala que está por debajo del límite de difracción”, dijo Wilson. “La clave aquí es que incluye una aguja que amplifica enormemente el acoplamiento luz-materia, lo que nos permite ver estos plasmones usando nanoluz”.
El equipo analizó los límites de los granos, o defectos en la estructura cristalina, para identificar diferentes regiones de grafeno bicapa retorcido en las imágenes resultantes. Estas regiones que contienen plasmones despertaron el interés del equipo porque las dos láminas de átomos de carbono estaban torcidas cada una en ángulos discretos, además de estar torcidas con respecto a una capa de nitruro de boro hexagonal, un cristal en capas transparente, que estaba colocada.
Los físicos se refieren al diseño geométrico que resulta cuando un conjunto de líneas rectas o curvas se superpone a otro conjunto como un “patrón muaré”, derivado de la palabra francesa “regado”. La torsión de grafeno bicapa y nitruro de boro dio como resultado la formación de una estructura de “doble muaré”, dos capas de patrones, también conocidas como “superredes”.
“El plan era comparar la señal de campo cercano que obtuvimos para cada dominio, mientras que la mayoría de las investigaciones anteriores sobre el grafeno solo habían analizado un único ángulo de torsión, y nunca antes en sistemas ‘muaré'”, dijo Wilson. “, dijo Wilson.
El equipo descubrió que la conductividad óptica del grafeno bicapa retorcido con nitruro de boro no variaba mucho con el ángulo de torsión para ángulos de menos de dos grados, incluso cuando el grafeno estaba dopado eléctricamente y expuesto a frecuencias variables de luz infrarroja.
“Lo que esto nos dice es que las propiedades optoelectrónicas de este material supermoiré son independientes del dopaje químico o del ángulo de torsión del grafeno bicapa retorcido, y en cambio dependen más de la propia estructura supermoiré y que esto, lo que afecta a las bandas electrónicas del material, permite para una mejor conductividad óptica”, dijo Wilson.
Lewandowski añadió que el resultado es interesante porque resalta el potencial de los sistemas multicapa en materiales de construcción con propiedades ópticas “bajo demanda”.
“La técnica de medición utilizada por el grupo del profesor Nee nos permite investigar la respuesta óptica espacial de los sistemas 2D, lo que va más allá de otras técnicas de medición espacial comúnmente utilizadas para materiales 2D”, añade. “Curiosamente, combinadas con modelos teóricos, las mediciones informadas demuestran cómo un sistema 2D puede lograr una respuesta óptica casi uniforme en un amplio rango de frecuencia de luz, sin la necesidad de retroalimentación electrónica activa”.
Los hallazgos del equipo indican efectos importantes de la relajación geométrica en redes de doble muaré, lo que ayuda a los investigadores a comprender mejor cómo los nanomateriales como el grafeno pueden responder a diferentes manipulaciones. A su vez, esta información se puede utilizar para ayudar a los científicos a crear las propiedades ópticas deseadas, como una conductividad mejorada, en un material, lo que permitirá avances avanzados en la optoelectrónica muaré, incluidas las tecnologías de imágenes térmicas y la conmutación óptica en los procesadores de computadora.
“Esto allana el camino para nuestra exploración continua de diversos fenómenos nanoópticos y electrónicos que son inalcanzables con ópticas alternativas de campo lejano limitadas por difracción”, dijo Ni.
