(Phys.org) — Il grafene continua a regnare come il prossimo potenziale materiale superstar per l'industria elettronica, un più magro, conduttore di elettroni più forte e molto più veloce del silicio. Senza band-gap di energia naturale, però, la conduttanza superveloce del grafene non può essere disattivata, un grave inconveniente per i transistor e altri dispositivi elettronici. Sono state impiegate varie tecniche per superare questo problema, una delle più promettenti è l'integrazione di strati ultrasottili di grafene e nitruro di boro in eterostrutture bidimensionali. Come conduttori, questi ibridi a doppio strato sono veloci quasi quanto il grafene puro, inoltre sono adatti per la realizzazione di dispositivi. Però, personalizzare le proprietà elettroniche delle eterostrutture di nitruro di boro di grafene (GBN) è stato un affare complicato, coinvolgendo il doping chimico o il gating elettrostatico – fino ad ora.

I ricercatori del Berkeley Lab e dell'Università della California (UC) Berkeley hanno dimostrato una tecnica mediante la quale le proprietà elettroniche delle eterostrutture GBN possono essere modificate con la luce visibile. Feng Wang, un fisico della materia condensata con la divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab e il dipartimento di fisica dell'UC Berkeley, nonché investigatore per il Kavli Energy NanoSciences Institute di Berkeley, ha condotto uno studio in cui il drogaggio fotoindotto delle eterostrutture GBN è stato utilizzato per creare giunzioni p–n e altri utili profili di drogaggio preservando la straordinaria mobilità degli elettroni del materiale.

"Abbiamo dimostrato che la luce visibile può indurre una scrittura robusta e la cancellazione del drogaggio di carica nelle eterostrutture GBN senza sacrificare l'elevata mobilità dei portatori, " dice Wang. "L'uso della luce visibile ci offre un'incredibile flessibilità e, a differenza del gating elettrostatico e del doping chimico, non richiede processi di fabbricazione in più fasi che riducono la qualità del campione. Inoltre, modelli diversi possono essere impartiti e cancellati a piacimento, cosa che non era possibile con le tecniche di doping precedentemente utilizzate su eterostrutture GBN."

Il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Il nitruro di boro è un composto a strati che presenta un reticolo esagonale simile, infatti il ​​nitruro di boro esagonale è talvolta indicato come "grafene bianco". Legati insieme dall'attrazione intermolecolare relativamente debole nota come forza di van der Waals, Le eterostrutture GBN hanno mostrato un alto potenziale per fungere da piattaforme non solo per transistor ad alta mobilità elettronica, ma anche per applicazioni optoelettroniche, compresi fotorivelatori e celle fotovoltaiche. La chiave del successo futuro sarà la capacità di drogare questi materiali in modo commercialmente scalabile. La tecnica di drogaggio a modulazione fotoindotta sviluppata da Wang e da un ampio team di collaboratori soddisfa questo requisito in quanto è paragonabile agli schemi fotolitografici ampiamente utilizzati oggi per la produzione di massa nell'industria dei semiconduttori. L'illuminazione di un'eterostruttura GBN anche solo con una lampada a incandescenza può modificare il trasporto di elettroni nello strato di grafene inducendo una distribuzione di carica positiva nello strato di nitruro di boro che si fissa quando l'illuminazione viene spenta.

"Abbiamo dimostrato che questo drogaggio fotoindotto deriva da risposte ottiche ed elettriche accoppiate al microscopio nelle eterostrutture GBN, compresa l'eccitazione ottica delle transizioni dei difetti nel nitruro di boro, trasporto elettrico nel grafene, e trasferimento di carica tra nitruro di boro e grafene, " Dice Wang. "Questo è analogo al doping di modulazione sviluppato inizialmente per semiconduttori di alta qualità".

Mentre il drogaggio di modulazione fotoindotto delle eterostrutture GBN è durato solo pochi giorni se il campione è stato tenuto al buio - un'ulteriore esposizione alla luce ha cancellato l'effetto - questo non è un problema come spiega Wang.

"Pochi giorni di modulazione del doping sono sufficienti per molte strade di indagine scientifica, e per alcune applicazioni del dispositivo, la riscrivibilità che possiamo fornire è necessaria più della stabilità a lungo termine, "dice. "Per il momento, quello che abbiamo è una tecnica semplice per il doping disomogeneo in un materiale di grafene ad alta mobilità che apre le porte a nuovi studi e applicazioni scientifiche".