Os cientistas aumentaram o desempenho do grafeno para gravar níveis, aumentando sua velocidade e pureza com um truque inteligente chamado “triagem de proximidade”, reduzindo o ruído eletrônico na escala atômica.
Crédito da imagem: gorodenkoff/shutterstock.com
Em um estudo publicado em Naturezaos pesquisadores demonstraram uma grande melhoria na qualidade eletrônica do grafeno usando a triagem de proximidade, um método que aprimora a uniformidade da carga e aumenta a mobilidade da operadora.
Os resultados não apenas melhoram a confiabilidade dos dispositivos baseados em grafeno, mas também fortalecem suas perspectivas de uso em eletrônicos avançados, sensores e tecnologias quânticas.
Por que o grafeno ainda precisa de ajuda
O grafeno possui propriedades elétricas e mecânicas notáveis e impulsionou um enorme crescimento tecnológico. Mas, na prática, os dispositivos lutaram para corresponder à sua promessa teórica. Questões como a inomogeneidade de cobrança, a dispersão de impurezas e defeitos podem degradar o desempenho e reduzir a mobilidade, que são essenciais para qualquer dispositivo de alta velocidade ou quântico.
Para abordar isso, os pesquisadores se voltaram para uma combinação de grafeno com nitreto de boro hexagonal (HBN), um materials 2D conhecido por suas qualidades isolantes e dielétricas. Seu objetivo period criar um ambiente mais limpo para os elétrons se moverem de forma livre e consistente. Sem defeitos, sem ruído.
Como os dispositivos foram construídos
A equipe criou estruturas de barra de salão duplo, enredando o grafeno de monocamada entre duas camadas de HBN. A camada superior serviu como um portão dielétrico, com um floco de grafite como a porta inferior. Para ativar a triagem de proximidade, a camada inferior do HBN foi ultrapassada, apenas 3-4 camadas atômicas. Essa configuração permitiu que os efeitos da carga de imagem suavizassem potenciais flutuações superiores a ten nanômetros na folha de grafeno.
Todo o dispositivo foi montado usando técnicas de empilhamento de van der Waals, com litografia de precisão para definir sua geometria. Essa construção meticulosa ajudou a manter interfaces limpas e limitar o distúrbio, essencial para obter alta qualidade eletrônica.
Testes a temperaturas e campos ultra-baixa
Para avaliar o desempenho do materials, os pesquisadores testaram medições elétricas sob uma variedade de temperaturas e campos magnéticos. As medições de efeito corridor foram usadas para mapear como os elétrons se moviam através do dispositivo sob diferentes tensões da porta, revelando a mobilidade e a distribuição de carga.
Os dados mostraram grandes melhorias: a mobilidade atingida até 5,7 × 107 cm2/Vs a baixas temperaturas e densidades de transportadoras em torno de 1,5 × 1011 cm-2. Esse aumento enorme e cinco vezes maior em relação aos registros anteriores de grafeno coloca o materials em pé de igualdade com líderes de efficiency 2D de longa knowledge, como as heteroestruturas de Gaalas.
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Evidência de precisão quântica
O estudo também rastreou a mobilidade quântica, que é um indicador de quão limpas os elétrons viajam na presença de um campo magnético. Os dispositivos escrevidos por proximidade mostraram mobilidades quânticas em torno de 107 cm2/Vs, apoiando observações claras da quantização de Landau e o efeito do salão quântico em campos tão baixos quanto um militesla.
Essa sensibilidade também permitiu a detecção de oscilações de Shubnikov-de Haas nesses campos ultra-baixos, indicando níveis extremamente estreitos de Landau e uma qualidade eletrônica excepcional. É importante ressaltar que as flutuações de carga perto do ponto Dirac foram reduzidas para menos de 10 Okay, servindo como uma prova adicional da uniformidade do sistema.
Embora alguns estados quânticos complexos, como as fases do salão quântico fracionário, tenham sido suprimidas sob essa configuração, os pesquisadores descobriram que as interações de curto alcance ainda eram possíveis. Isso sugere que os dispositivos ainda têm espaço para explorar novos comportamentos quânticos.
O que isso significa para nanotecnologia
Os resultados têm grandes implicações para futuros dispositivos. Mobilidade de elétrons mais alta e transtorno reduzido O grafeno médio pode finalmente começar a cumprir sua promessa para transistores ultra-rápidos, sensores quânticos e eletrônicos flexíveis.
A abordagem também pode ser estendida a outros materiais 2D e heteroestruturas, permitindo que os cientistas construam dispositivos mais limpos e controláveis com novas propriedades eletrônicas. É importante ressaltar que o estudo mostrou que a triagem de proximidade é compatível com as técnicas de fabricação existentes, tornando viável para expansão e integração em nanossistemas complexos.
As próximas etapas envolverão dimensionar o processo de fabricação e testar a triagem de proximidade com uma gama mais ampla de materiais 2D. Os pesquisadores também enfatizam a necessidade de explorar ainda mais como o transporte de cobrança é influenciado pelas bordas e interações do dispositivo com outras camadas em heteroestruturas.
A longo prazo, este trabalho estabelece as bases para a construção de sistemas eletrônicos sem distúrbios e de alto desempenho.
Referência do diário
Domaretskiy, D., et al. (2025). A triagem de proximidade aumenta muito a qualidade eletrônica do grafeno. Nature 644, (646-651). Doi: 10.1038/s41586-025-09386-0, https://www.nature.com/articles/s41586-025-09386-0