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La próxima generación de dispositivos cuánticos que utilizan nanocintas de grafeno – Noticias y análisis del médico naturista

Node Smith, ND

Un equipo internacional de científicos con múltiples instituciones ha sintetizado nanocintas de grafeno (tiras ultrafinas de átomos de carbono) en una superficie de dióxido de titanio utilizando un método de nivel atómico que elimina una barrera a las nanoestructuras de carbono personalizadas para la ciencia de la información cuántica.

El grafeno consta de capas de carbono monoatómicas que adoptan propiedades mecánicas ultraligeras, conductoras y extremadamente fuertes. El material popularmente estudiado promete una transformación de la electrónica y la ciencia de la información debido a sus propiedades electrónicas, ópticas y de transporte altamente ajustables.

Si el grafeno se procesa en nanocintas, se puede utilizar en dispositivos a nanoescala. La falta de precisión a nivel atómico cuando se utilizan los métodos de síntesis "de arriba hacia abajo" actuales de acuerdo con el estado de la técnica – el corte de una capa de grafeno en tiras atómicamente estrechas – es la aplicación práctica de los gráficos de Stymie.

Los investigadores desarrollaron un enfoque "desde el suelo": construyendo la nanocinta de grafeno directamente a nivel atómico para que pueda usarse para aplicaciones específicas. Esto fue diseñado e implementado en el Centro de Ciencias de Materiales Nanophase (CNMS) en Oak Ridge del Departamento de Energía, Laboratorio Nacional.

Este método de absoluta precisión ayudó a mantener las valiosas propiedades de las monocapas de grafeno a medida que los segmentos del gráfico se hacen cada vez más pequeños. Solo un átomo o dos de diferencia de ancho pueden cambiar drásticamente las propiedades del sistema, convirtiendo una cinta semiconductora en una cinta metálica. Los resultados del equipo se describen en Science.

Marek Kolmer, An-Ping Li y Wonhee Ko del grupo CNMS para la microscopía de túnel de barrido del ORMS trabajaron en el proyecto con investigadores de Espeem, una empresa de investigación privada, y varias instituciones europeas: Friedrich Alexander University Erlangen-Nuremberg, Jagiellonen Universidad y Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg.

La experiencia única de ORNL en microscopía de túnel de barrido fue fundamental para el éxito del equipo, tanto en la manipulación del material precursor como en la verificación de los resultados.

"Con estos microscopios se pueden obtener imágenes y manipular la materia directamente a nivel atómico", dijo Kolmer, postdoctorado y autor principal del artículo. “La punta de la aguja es tan fina que es esencialmente del tamaño de un solo átomo. El microscopio se mueve línea por línea y mide constantemente la interacción entre la aguja y la superficie y entrega un mapa atómicamente preciso de la estructura de la superficie. “

En experimentos previos con nanocintas de grafeno, el material se sintetizó sobre un sustrato metálico, que inevitablemente suprime las propiedades electrónicas de las nanocintas.

“Las propiedades electrónicas de estas cintas funcionan según lo planeado, esa es toda la historia. Desde el punto de vista de la aplicación, el uso de un sustrato metálico no tiene sentido, ya que protege las propiedades ”, dijo Kolmer. "En esta área, es un gran desafío: ¿cómo podemos desacoplar de manera efectiva la red de moléculas para transferirla a un transistor?"

El enfoque actual para el desacoplamiento es eliminar el sistema de las condiciones de vacío ultra alto y convertirlo en uno someterse a un proceso químico de humectación de múltiples etapas en el que el sustrato metálico tiene que ser grabado. Este proceso contradice la precisión meticulosa y limpia que se utilizó en la creación del sistema.

Para encontrar un proceso que funcionara en un sustrato no metálico, Kolmer comenzó a experimentar con superficies de óxido e imitar las estrategias utilizadas en el metal. Finalmente, se acercó a un grupo de químicos europeos especializados en química de fluoroareno y comenzó a desarrollar un diseño para un precursor químico que permitiría la síntesis directamente en la superficie del dióxido de titanio rutilo.

"La síntesis en la superficie permite producir y lograr materiales con una precisión muy alta, comenzamos con precursores moleculares", dijo Li, autor principal del artículo que dirigió el equipo en CNMS. “Las reacciones que necesitábamos para obtener ciertas propiedades están esencialmente programadas en el precursor. Sabemos la temperatura a la que tendrá lugar una reacción y, ajustando las temperaturas, podemos controlar la secuencia de la reacción. "

" Otra ventaja de la síntesis en superficie es la gran cantidad de materiales candidatos que pueden usarse como precursores para un alto grado de programabilidad ", agregó Li.

El uso preciso de productos químicos para desacoplar el sistema también ayudó a mantener una estructura de capa abierta que permitió a los investigadores a nivel atómico construir y estudiar moléculas con propiedades cuánticas únicas. "Valió particularmente la pena notar que estas cintas de grafeno tienen estados magnéticos, también llamados estados de espín cuántico, acoplados en sus extremos", dijo Li. "Estos estados nos brindan una plataforma para estudiar las interacciones magnéticas con la esperanza de crear qubits para aplicaciones en la ciencia de la información cuántica. . " Dado que las interacciones magnéticas en materiales moleculares basados ​​en carbono apenas se alteran, con este método se pueden programar estados magnéticos de larga duración fuera del material.

Su enfoque crea una cinta de alta precisión que está desacoplada del sustrato, lo que es deseable para aplicaciones de ciencia de la información espintrónica y cuántica. El sistema resultante es ideal para ser explorado y construido más a fondo, posiblemente como un transistor a nanoescala, porque exhibe una gran brecha de banda en el espacio entre los estados electrónicos necesarios para transmitir una señal de encendido / apagado.

Kolmer se unió recientemente a las DOE en el Laboratorio Ames en un puesto como investigador.

1. Marek Kolmer, Ann-Kristin Steiner, Irena Izydorczyk, Wonhee Ko, Mads Engelund, Marek Szymonski, An-Ping Li, Konstantin Amsharov. Síntesis racional de nanocintas de grafeno atómicamente precisas directamente sobre superficies de óxido metálico. Ciencia, 2020; 369 (6503): 571 DOI: 10.1126 / science.abb8880

Node Smith, ND, es naturópata en Humboldt, Saskatchewan y coeditor y director de formación de NDNR. Su misión es fomentar relaciones que respalden el proceso de transformación y, en última instancia, conduzcan a personas, empresas y comunidades más saludables. Sus principales herramientas terapéuticas incluyen asesoramiento, homeopatía, nutrición y el uso de agua fría en combinación con ejercicio. Node ve la salud como un reflejo de las relaciones que una persona o empresa tiene consigo misma, con Dios y con quienes la rodean. Para curar y curar enfermedades, estas relaciones deben considerarse específicamente. Node ha trabajado en estrecha colaboración con muchos grupos y organizaciones dentro de la profesión naturópata y ayudó a fundar la Asociación sin fines de lucro para la Revitalización Naturopática (ANR), que se compromete a promover y facilitar la experiencia en el campo del vitalismo.

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