{"id":7779,"date":"2019-06-29T15:39:58","date_gmt":"2019-06-29T18:39:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=7779"},"modified":"2019-07-05T15:44:09","modified_gmt":"2019-07-05T18:44:09","slug":"artigo-em-destaque-controlando-as-propriedades-eletronicas-de-grafeno-sobre-silicio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-controlando-as-propriedades-eletronicas-de-grafeno-sobre-silicio\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Controlando as propriedades eletr\u00f4nicas de grafeno sobre carbeto de sil\u00edcio."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Graphene on the oxidized SiC surface and the impact of the metal intercalation<\/em>.<\/strong> J.E.Padilha, R.B.Pontes, F. Crasto de Lima, R. Kagimura, R. H. Miwa. Carbon, Volume 145, April 2019, Pages 603-613.<\/p>\n

Controlando as propriedades eletr\u00f4nicas de grafeno sobre carbeto de sil\u00edcio<\/strong><\/p>\n

Um estudo baseado em simula\u00e7\u00f5es realizadas em supercomputadores por uma equipe cient\u00edfica brasileira aponta um caminho para superar o desafio de controlar as propriedades eletr\u00f4nicas do grafeno. Solu\u00e7\u00f5es a esse desafio podem fazer a diferen\u00e7a no desenvolvimento de dispositivos eletr\u00f4nicos bidimensionais \u2013 dimens\u00e3o na qual o grafeno, rede de \u00e1tomos de carbono de um \u00e1tomo de espessura, se destaca pelas suas propriedades.<\/p>\n

De fato, o grafeno \u00e9 um material extremamente resistente, leve, flex\u00edvel e transparente. Al\u00e9m disso, ele \u00e9 um excelente condutor do calor e da eletricidade. Contudo, ainda \u00e9 dif\u00edcil controlar no grafeno a concentra\u00e7\u00e3o e o fluxo de cargas el\u00e9tricas, o que limita seu uso na eletr\u00f4nica.<\/p>\n

Solu\u00e7\u00f5es para driblar essa limita\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica do grafeno v\u00eam sendo propostas. Algumas delas se baseiam na inser\u00e7\u00e3o de pequenas propor\u00e7\u00f5es de \u00e1tomos met\u00e1licos que modulam as propriedades eletr\u00f4nicas do material sem prejudicar as outras caracter\u00edsticas. O m\u00e9todo \u00e9 semelhante \u00e0 dopagem do sil\u00edcio, cotidianamente praticada na fabrica\u00e7\u00e3o de semicondutores para a ind\u00fastria eletr\u00f4nica.<\/p>\n

\"Representa\u00e7\u00e3o
Representa\u00e7\u00e3o do sistema estudado: folha de grafeno sobre substrato de carbeto de sil\u00edcio oxidado com camada de \u00e1tomos met\u00e1licos (no caso, ouro) intercalados.<\/figcaption><\/figure>\n

Recentemente reportado no peri\u00f3dico cient\u00edfico Carbon<\/em> (fator de impacto 7,466), o trabalho da equipe brasileira investigou a estrutura e as propriedades eletr\u00f4nicas de uma folha de grafeno sobre um substrato de carbeto de sil\u00edcio (SiC) \u2013 material frequentemente usado para depositar ou fazer crescer grafeno. Nesse sistema, o grafeno se mant\u00e9m unido ao substrato sem liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas, por meio de for\u00e7as de atra\u00e7\u00e3o fracas e dependentes da dist\u00e2ncia, chamadas de for\u00e7as de Van der Waals.<\/p>\n

Dado que, na produ\u00e7\u00e3o de grafeno, a presen\u00e7a de oxig\u00eanio costuma oxidar a superf\u00edcie do carbeto de sil\u00edcio, os cientistas brasileiros inclu\u00edram nas simula\u00e7\u00f5es uma camada de \u00f3xido de sil\u00edcio entre o grafeno e o substrato. Finalmente, com o objetivo de compreender detalhadamente o efeito da inser\u00e7\u00e3o de \u00e1tomos met\u00e1licos em materiais desse tipo, os cientistas acrescentaram ao sistema, nas simula\u00e7\u00f5es, uma camada de \u00e1tomos de ouro ou alum\u00ednio, embutida na camada de \u00f3xido (no caso, Si2O5), na regi\u00e3o da interface com o grafeno.<\/p>\n

Por meio das simula\u00e7\u00f5es, os pesquisadores constataram que a presen\u00e7a da camada met\u00e1lica modula a concentra\u00e7\u00e3o dos portadores de cargas positivas (os chamados buracos) e negativas (os el\u00e9trons), tanto na folha de grafeno quanto no Si2O5. Al\u00e9m disso, os \u00e1tomos de ouro e alum\u00ednio embutidos no Si2O5, que \u00e9 semicondutor, induzem a forma\u00e7\u00e3o de regi\u00f5es condutoras na superf\u00edcie dessa camada, nas quais se concentra o excesso de el\u00e9trons ou de buracos induzido pela presen\u00e7a do ouro ou do alum\u00ednio, respectivamente. Como resultado, formam-se, na superf\u00edcie do Si2O5, canais condutores pelos quais fluem as cargas.<\/p>\n

\"Esta
Esta s\u00e9rie de mapas bidimensionais mostra as concentra\u00e7\u00f5es de el\u00e9trons e buracos na folha de grafeno nos dois sistemas de grafeno sobre a superf\u00edcie de carbeto de sil\u00edcio terminado em Si [(a) e (c)] e terminado em C [(b) e (d)]; na presen\u00e7a de uma monocamada de alum\u00ednio [(a) e (b)] e o outro contendo uma camada de ouro [(c) e (d)].<\/figcaption><\/figure>Finalmente, a equipe comprovou que o efeito da \u201cdopagem\u201d (a mudan\u00e7a na concentra\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons e buracos) pode ser potencializado mediante a aplica\u00e7\u00e3o de um campo el\u00e9trico externo, perpendicular \u00e0 interface entre o grafeno e o substrato.<\/p>\n

A partir dessas evid\u00eancias, que foram obtidas, principalmente, por meio de simula\u00e7\u00f5es computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade, o trabalho sugere um caminho para controlar a concentra\u00e7\u00e3o e o fluxo de cargas el\u00e9tricas em folhas de grafeno sobre substratos de carbeto de sil\u00edcio. O estudo tamb\u00e9m mostra que o sistema estudado (folha de grafeno sobre carbeto de sil\u00edcio oxidado com camada met\u00e1lica intercalada) pode ser uma boa plataforma para fazer engenharia de propriedades eletr\u00f4nicas.<\/p>\n

\u201cA principal contribui\u00e7\u00e3o do trabalho \u00e9 mostrar uma forma eficiente de controlar as propriedades eletr\u00f4nicas do grafeno sobre uma superf\u00edcie s\u00f3lida recoberta com uma camada met\u00e1lica, mediante a aplica\u00e7\u00e3o de um campo el\u00e9trico externo\u201d, diz o professor Roberto Hiroki Miwa<\/a>\u00a0(Universidade Federal de Uberl\u00e2ndia, UFU), autor correspondente do artigo da Carbon. \u201cMostramos que, al\u00e9m de controlar o n\u00edvel de dopagem do grafeno, o que \u00e9 fundamental para desenvolvimento de dispositivos eletr\u00f4nicos em sistemas bidimensionais (2D), a presen\u00e7a da monocamada met\u00e1lica permite a forma\u00e7\u00e3o de canais condutores na superf\u00edcie do carbeto de sil\u00edcio\u201d, completa. De acordo com Miwa, o estudo pode contribuir para o desenvolvimento de sensores, transistores e outros dispositivos eletr\u00f4nicos mais r\u00e1pidos e precisos quanto ao transporte de carga e a emiss\u00e3o de sinais.<\/p>\n

O in\u00edcio do trabalho foi motivado pelo interesse dos professores da UFU Roberto Hiroki Miwa e Ricardo Kagimura<\/a>\u00a0em entender as interfaces grafeno\/\u00f3xidos no n\u00edvel at\u00f4mico. O foco do estudo foi amadurecendo conforme os autores se aprofundavam na literatura cient\u00edfica. \u00c0 medida que o volume e complexidade dos c\u00e1lculos foram aumentando, a dupla envolveu novos colaboradores: um estudante do doutorado em F\u00edsica da UFU (Felipe David Crasto de Lima<\/a>) e professores de outras institui\u00e7\u00f5es (Jos\u00e9 Eduardo Padilha de Sousa<\/a>, da Universidade Federal do Paran\u00e1 – campus Jandaia do Sul, e Renato Borges Pontes<\/a>, da Universidade Federal de Goi\u00e1s).<\/p>\n

\"Os
Os autores do artigo. A partir da esquerda: J. E. Padilha, R. B. Pontes, F. Crasto de Lima, R. Kagimura, R. H. Miwa.<\/figcaption><\/figure>\n

Para realizar os c\u00e1lculos que embasam as simula\u00e7\u00f5es, os autores utilizaram recursos computacionais do Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em S\u00e3o Paulo (CENAPD) e do supercomputador SDumont do Laborat\u00f3rio Nacional de Computa\u00e7\u00e3o Cient\u00edfica (LNCC). O trabalho contou com financiamento das ag\u00eancias federais CNPq e CAPES e da estadual FAPEMIG (Minas Gerais).<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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