Àtoms individuals d'impureses detectables en el grafè

Un equip que inclou físics de la Universitat de Basilea ha aconseguit utilitzar un microscopi de força atòmica per obtenir imatges clares d'àtoms d'impureses individuals en cintes de grafè. Gràcies a les forces mesurades a la xarxa de carboni bidimensional del grafé, es va poder identificar el bor i el nitrogen per primera vegada, tal com informen els investigadors a la revista Science Advancements.

El grafè està format per una capa bidimensional d'àtoms de carboni disposats en una xarxa hexagonal. Els forts enllaços entre els àtoms de carboni fan que el grafè sigui extremadament estable i flexible. També és un excel·lent conductor elèctric a través del qual l'electricitat pot fluir gairebé sense pèrdua.
Les propietats distintives del grafè es poden ampliar encara més incorporant àtoms d'impureses en un procés conegut com a dopatge. Els àtoms d'impuresa produeixen canvis locals de la conducció que, per exemple, permeten que el grafè s'utilitzi com un petit transistor i permeti la construcció de circuits.

En una col·laboració entre científics de la Universitat de Basilea i l'Institut Nacional de Ciència de Materials de Tsukuba al Japó, la Universitat de Kanazawa i la Universitat Kwansei Gakuin també al Japó i la Universitat d'Aalto, a Finlàndia, els investigadors van crear i examinar específicament cintes de grafè que contenen àtoms d'impuresa.
Van reemplaçar determinats àtoms de carboni en la xarxa hexagonal amb àtoms de bor i àtoms de nitrogen utilitzant química superficial, col·locant compostos orgànics precursors adequats sobre una superfície d'or. Sota l'exposició a la calor fins a 400 °C, petites cintes de grafè formades sobre la superfície d'or dels precursors, inclosos els àtoms d'impuresa en llocs específics.

Científics de l'equip dirigit pel professor Ernst Meyer de l'Institut Suís de Nanociència i el Departament de Física de la Universitat de Basilea van examinar aquestes cintes de grafè usant microscòpia de força atòmica (AFM). Van utilitzar una punta funcionalitzada amb monòxid de carboni i van mesurar les diminutes forces que actuen entre la punta i els àtoms individuals.
Aquest mètode permet, fins i tot, detectar les minúscules diferències de forces. Observant-les, els investigadors van poder localitzar i identificar els diferents àtoms. Les forces mesurades per als àtoms de nitrogen són més grans que per a un àtom de carboni. S'han mesurat les forces més petites per als àtoms de bor de manera que les diferents forces es poden explicar per la diferent proporció de forces repulsives, que es deuen als diferents radis atòmics.

Les simulacions per ordinador van confirmar les lectures, demostrant que la tecnologia AFM és adequada per realitzar anàlisis químiques d'àtoms amb impureses en els prometedors compostos de carboni bidimensionals.

Font: Universitat de Basilea