(PhysOrg.com) -- Una delle caratteristiche più spesso citate del grafene – il reticolo cristallino bidimensionale fatto di carbonio – sono le sue proprietà elettroniche uniche. Molte di queste proprietà elettroniche rendono il grafene attraente come materiale per l'elettronica a base di carbonio. Ma anche tra queste proprietà c'è che il grafene è un semiconduttore gapless. Come spiega il fisico Luis Foa Torres, il fatto che il grafene non abbia un band gap è il suo tallone d'Achille, il che rende difficile l'integrazione in dispositivi elettronici.

“Nei semiconduttori, c'è una regione energetica chiamata band gap dove non ci sono stati elettronici disponibili, ” Foa Torres, presso l'Università Nazionale di Córdoba a Córdoba, Argentina, detto PhysOrg.com . “Uno dice che la densità di portatori lì è zero. Se hai il tuo dispositivo collegato tra due elettrodi e non ha stati disponibili, allora la corrente elettrica che lo attraversa può essere ridotta molto. Un semiconduttore a gap zero, chiamato anche semiconduttore gapless, è un materiale in cui la densità degli stati elettronici svanisce in un unico punto. È il caso del grafene, dove le bande pi e pi* si toccano in un unico punto, il cosiddetto punto di Dirac. In pratica, si comportano come se non avessero affatto un divario.

"La mancanza di una banda proibita significa che il grafene non può essere" spento, '", ha spiegato. "Avere correnti "on" e "off" può codificare informazioni come 1 e 0 necessarie per l'elaborazione ed è cruciale per i dispositivi elettronici attivi come interruttori e transistor. Questo è il motivo per cui l'assenza di band gap è uno dei principali inconvenienti che ostacolano molte applicazioni di questo eccezionale materiale.

In un nuovo studio, Foa Torres ei suoi coautori hanno affrontato questo problema. Analizzando il modo in cui un campo laser interagisce con gli elettroni nel grafene, i ricercatori hanno previsto che puntare un laser nel medio infrarosso sul grafene può produrre band gap nella sua struttura elettronica. Ulteriore, i ricercatori prevedono che i band gap potrebbero essere sintonizzati controllando la polarizzazione laser. Come ha spiegato Foa Torres, la chiave di come la luce polarizzata "apri" le lacune di banda nel grafene coinvolge gli elettroni che interagiscono con il campo laser.

“Immagina un elettrone in movimento, diciamo da sinistra a destra, in una regione illuminata dal campo laser, ” ha detto. “Quindi ciò che accade è che l'elettrone interagisce con la radiazione assorbendo o emettendo fotoni. Questa interazione porta l'elettrone a essere riflesso o retrodiffuso, come avrebbe sbattuto contro un muro:il band gap. In contrasto con i soliti intervalli di banda, questo è prodotto dinamicamente dal laser.”

Mostrando che un campo laser può essere utilizzato per regolare la struttura elettronica del grafene, lo studio ha sia implicazioni fondamentali che applicazioni tecnologiche.

“L'interazione tra la peculiare struttura elettronica del grafene e il laser può aiutare a indurre stati esotici della materia come isolanti topologici, materiali che sono isolanti nella massa ma mostrano una conduzione robusta in superficie, Ha detto Foa Torres. “D'altra parte, da un punto di vista applicativo, Ritengo che questi gap di banda indotti dal laser potrebbero aprire la strada a una nuova generazione di dispositivi optoelettronici, dispositivi che trasducono segnali ottici in elettrici”.

Per Foa Torres e i suoi coautori, il prossimo passo cruciale è la verifica sperimentale.

“La verifica sperimentale dei nostri risultati è una delle principali forze trainanti del nostro progetto, ” ha detto. “Con l'obiettivo di aprire la strada agli sperimentali per poterli verificare, abbiamo eseguito una messa a punto molto fine di parametri come frequenza laser, ampiezza, ecc. Negli ultimi mesi abbiamo ricevuto un feedback molto prezioso da gruppi sperimentali di alto livello negli Stati Uniti e in Spagna interessati alla nostra proposta. Come sempre, ci sono sicuramente ancora alcuni problemi da risolvere prima che si trasformi in realtà, ma si dovrebbe andare per gradi. La porta è ora aperta, stiamo appena entrando in una promettente terra incognita”.

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