I computer del futuro potrebbero funzionare in modo un po' più dolce, grazie a un perfezionamento nella produzione di grafene presso la Rice University.

I ricercatori del riso hanno imparato a creare fogli incontaminati di grafene, la forma spessa un atomo di carbonio, dallo zucchero da tavola normale e da altre sostanze a base di carbonio. Lo fanno in un processo in un'unica fase a temperature sufficientemente basse da rendere il grafene facile da produrre.

Il laboratorio del chimico del riso James Tour riportato nella versione online della rivista Natura questa settimana quella vasta area, il grafene di alta qualità può essere coltivato da una serie di fonti di carbonio a temperature fino a 800 gradi Celsius (1, 472F). Per quanto caldo possa sembrare, la differenza tra far funzionare un forno a 800 e 1, 000 gradi Celsius è significativo, Tour ha detto.

"A 800 gradi, il silicio sottostante rimane attivo per l'elettronica, mentre a 1, 000 gradi, perde i suoi droganti critici, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica.

Zhengzong Sole, uno studente laureato del quarto anno nel laboratorio di Tour e autore principale dell'articolo, ha scoperto che depositare fonti ricche di carbonio su substrati di rame e nichel produceva grafene in qualsiasi forma desiderasse:single-, fogli bi- o multistrato che potrebbero essere molto utili in numerose applicazioni.

Sun e i suoi colleghi hanno anche scoperto che il processo si adatta facilmente alla produzione di grafene drogato; questo permette la manipolazione delle proprietà elettroniche ed ottiche del materiale, che è importante per realizzare dispositivi di commutazione e logici.

Per il grafene incontaminato, Sun è iniziato con un sottile film di poli (metilmetacrilato) (PMMA) - forse meglio conosciuto nella sua forma commerciale come plexiglas - filato su un substrato di rame che ha agito da catalizzatore. Sotto calore e bassa pressione, il flusso di idrogeno e gas argon sul PMMA per 10 minuti lo ha ridotto a carbonio puro e ha trasformato il film in un singolo strato di grafene. La modifica della portata del gas gli ha permesso di controllare lo spessore del grafene derivato dal PMMA.

Poi è diventato più interessante, ha detto il sole. Si è rivolto ad altre fonti di carbonio, inclusa una polvere fine di saccarosio, noto anche come zucchero da tavola. "Abbiamo pensato che sarebbe stato interessante provare questa roba, " ha detto Sun. "Mentre altri laboratori stavano cambiando i catalizzatori metallici, abbiamo provato a cambiare le fonti di carbonio".

Sun mise 10 milligrammi di zucchero (e più tardi fluorene) su un foglio di rame di un centimetro quadrato e lo sottopose alle stesse condizioni del reattore del PMMA. È stato rapidamente trasformato in grafene a strato singolo. Sun si aspettava difetti nel prodotto finale, date le proprietà chimiche di entrambe le sostanze (alta concentrazione di ossigeno nel saccarosio, anelli a cinque atomi in fluorene); ma ha scoperto che potenziali difetti topologici si sarebbero auto-riparati quando si sarebbe formato il grafene.

"Mentre guardavamo sempre più in profondità nel processo, abbiamo scoperto che non era solo interessante, ma utile, " ha detto Sole.

Ha provato e non è riuscito a coltivare grafene su silicio e ossido di silicio, che ha sollevato la possibilità di far crescere il grafene modellato da un sottile film di rame o nichel sagomato depositato su wafer di silicio.

Il grafene drogato apre più possibilità per l'uso dell'elettronica, Tour ha detto, e Sun l'ha trovato abbastanza semplice da realizzare. A partire da PMMA miscelato con un reagente dopante, melamina, scoprì che il flusso del gas a pressione atmosferica produceva grafene drogato con azoto. Il grafene incontaminato non ha bandgap, ma il grafene drogato permette il controllo della struttura elettrica, che il team ha dimostrato costruendo transistor ad effetto di campo.

"Ogni giorno, la crescita del grafene sul silicio si sta avvicinando alla prontezza a livello industriale, e questo lavoro fa un passo avanti importante, " Disse Giro.