Investigacion

USO DE AFM PARA LA DETECCIóN DE HETEROáTOMOS EN GRAFENO.

 INVESTIGACION >>  2018/05/07>>  Dr. Oscar Daniel Maynez Navarro



Dentro de
materiales bidimensionales, el grafeno (que consta de láminas de carbono con un
espesor de tan solo un átomo) es uno de los más atractivos debido a sus
propiedades mecánicas y electrónicas, siendo buen candidato para un material
usado en dispositivos. El grafeno ha sido considerado como material alternativo
al silicio, un semiconductor, en dispositivos futuros. Sin embargo, a
diferencia del silicio, el grafeno no posee una banda prohibida entre sus
bandas de conducción y de valencia, el cual es esencial en materiales de uso
electrónico debido a que le permite al material cambiar el flujo de electrones
(como si fuese un interruptor de apagado/encendido) (Dumé, 2018).



Para poder
inducir una diferencia entre las bandas de conducción y de valencia en el
grafeno, se necesitan formar grafeno muy estrecho (graphene nanoribbons, o GNR
por sus siglas en inglés) y también adicionar heteroátomos para dopar GNRs. La
posición y la densidad del elemento dopante se puede controlar en estas
estructuras, lo cual origina propiedades electrónicas controladas desde el
nivel atómico. Hasta ahora, se ha podido introducir átomos individuales de
nitrógeno (N), boro (B), azufre (S) u óxigeno (O) en la matriz de GNRs de
manera exitosa, sin embargo no ha habido una forma de caracterizar como sustituyen
a los átomos de carbono.



Recientemente,
algunas investigaciones realizadas en Finlandia han podido distinguir
heteroátomos en estructuras dopadas de grafeno utilizando microscopía de fuerza
atómica (Atomic Force Microscopy, AFM por sus siglas en inglés). Esta
microscopía permite observar muestras en escala nanométrica, teniendo una
resolución 1000 veces más potente que con microscopios de difracción óptica.
Este equipo utiliza una punta ultra delgada, el cual se acerca a la muestra. Se
estudia la superficie de la muestra por medio de fuerzas de interacción entre
la punta y la muestra, siendo estas fuerzas de capilaridad, enlaces,
electrostáticas o de van der Waals (Capella & Dietler, 1999). 



En la
Universidad de Aalto en Finlandia, Adam Foster y colaboradores utilizaron la
técnica AFM para poder observar los átomos individuales, pero utilizaron una
punta funcionalizada para discriminar entre átomos de B, C y N (Kawai, y otros, 2018). Esto se logra
gracias a las diferencias de radios de van der Waals de cada átomo, el cual el
AFM puede percibir. El nuevo material fue sintetizado utilizando un precursor
de B y N para inducir los heteroátomos en la red de grafeno y formar BN-GNR. Al
utilizar la técnica de AFM, notaron que los sitios con N eran más oscuros que
el carbono, mientras que el B era más brillante. Tomaron imágenes de AFM a
diferentes alturas, pudiendo distinguir los anillos de carbono cuando la punta
del AFM estaba muy cerca, mientras a 32 picómetros de separación se pudieron
observar tres enlaces C-N.



Este
estudio abre puertas para un mejor entendimiento de la estructura de grafeno,
así como las posibilidades que brinda al hacer modificaciones estructurales.



Referencias




Capella, B., &
Dietler, G. (1999). Force-distance curves by atomic force microscopy. Surface
Science Reports
(34), 1-104. doi:10.1016/S0167-5729(99)00003-5


Dumé, B. (16 de
Abril de 2018). NanoFutures. Shaping the Nanosciene Landscape. Obtenido de nanotechweb.org:
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/71406


Kawai, S.,
Nakatsuka, S., Hatakeyama, T., Pawlak, R., Meier, T., Tracey, J., . . .
Foster, A. (13 de Abril de 2018). Multiple heteroatom substiturion to graphene
nanoribbon. Science Advances, 4(4). doi:10.1126/sciadv.aar7181


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