As nanofitas de grafeno (GNRs), tiras estreitas de grafeno de camada única, tem propriedades físicas, elanãtricas, tanãrmicas e a³pticas interessantes devido a  interação entre suas estruturas cristalinas e eletra´nicas. Essas novas caracteri­sticas os colocaram na vanguarda na busca por maneiras de fazer avana§ar as nanotecnologias de próxima geração.

Enquanto as técnicas de fabricação de baixo para cima agora permitem a sa­ntese de uma ampla gama de nanofitas de grafeno que apresentam geometrias de borda bem definidas, larguras e incorporações de heteroa¡tomo, a questãode saber se a desordem estrutural estãoou não presente nessas GNRs atomicamente precisas, e para quaª medida, ainda estãosujeito a debate. A resposta a este enigma éde importa¢ncia cra­tica para quaisquer aplicações potenciais ou dispositivos resultantes.

A colaboração entre o grupo de teoria de Fa­sica da Matanãria Condensada Computacional de Oleg Yazyev na EPFL e o Laborata³rio de nanotecnologia @superfÍcies experimentais de Roman Fasel na Empa produziu dois artigos que abordam esse problema em nanofitas de grafeno com bordas de poltrona e bordas em ziguezague.

"As imperfeições são conhecidas por desempenhar um papel importante na formação de uma sanãrie de funcionalidades em cristais", disse Michele Pizzochero, ex-Ph.D. estudante do laboratório de Oleg Yazyev na EPFL e agora pesquisador de pa³s-doutorado na Universidade de Harvard. "Nesses artigos, revelamos defeitos de 'mordida' onipresentes, ou seja, grupos ausentes de a¡tomos de carbono, como o principal tipo de desordem estrutural em nanofitas de grafeno fabricadas por sa­ntese nasuperfÍcie. Embora tenhamos descoberto que os defeitos de mordida degradam o desempenho de dispositivos eletra´nicos com base em nanofitas de grafeno, em alguns casos essas imperfeições podem oferecer oportunidades interessantes para aplicações spintra´nicas, graças a s suas propriedades magnanãticas peculiares. "

O artigo "Transporte eletra´nico qua¢ntico atravanãs de defeitos de mordida em nanofitas de grafeno", publicado recentemente na 2D Materials , analisa especificamente nanofitas de grafeno de poltrona de 9 a¡tomos (9-AGNRs). A robustez meca¢nica, estabilidade de longo prazo em condições ambientais, fa¡cil transferaªncia para substratos alvo, escalabilidade de fabricação e largura de banda adequada desses GNRs os tornou um dos candidatos mais promissores para integração como canais ativos em transistores de efeito de campo (FETs). De fato, entre os dispositivos eletra´nicos baseados em grafeno realizados atéagora, os 9-AGNR-FETs exibem o melhor desempenho.

Embora o papel prejudicial dos defeitos em dispositivos eletra´nicos seja bem conhecido, as barreiras de Schottky, barreiras de energia potencial para elanãtrons formados em junções metal-semicondutoras, limitam o desempenho dos GNR-FETs atuais e evitam a caracterização experimental do impacto dos defeitos no desempenho do dispositivo. No artigo 2D Materials , os pesquisadores combinam abordagens experimentais e tea³ricas para investigar defeitos em AGNRs de baixo para cima.

As microscopias de tunelamento de varredura e de força atômica primeiro permitiram aos pesquisadores identificar os ananãis de benzeno ausentes nas bordas como um defeito muito comum no 9-AGNR e estimar a densidade e a distribuição espacial dessas imperfeições, que eles apelidaram de defeitos de "mordida". . Eles quantificaram a densidade e descobriram que eles tem uma forte tendaªncia para se agregar. Os pesquisadores então usaram ca¡lculos de primeiros princa­pios para explorar o efeito de tais defeitos no transporte de carga qua¢ntica, descobrindo que essas imperfeições o interrompem significativamente nas bordas da banda, reduzindo a conduta¢ncia.

Essas descobertas tea³ricas são então generalizadas para nanofitas mais largas de uma maneira sistema¡tica, permitindo aos pesquisadores estabelecer diretrizes prática s para minimizar o papel prejudicial desses defeitos no transporte de carga, um passo instrumental para a realização de novos dispositivos eletra´nicos baseados em carbono.

No artigo "Desordem de borda em nanofitas de grafeno em zigue-zague de baixo para cima: implicações para o magnetismo e o transporte eletra´nico qua¢ntico", publicado recentemente no The Journal of Physical Chemistry Letters , a mesma equipe de pesquisadores combina experimentos de microscopia de sonda de varredura e ca¡lculos de primeiros princa­pios para examinar desordem estrutural e seu efeito no magnetismo e no transporte eletra´nico nas chamadas GNRs em zigue-zague de baixo para cima (ZGNRs).

Os ZGNRs são aºnicos por causa de sua ordem magnanãtica livre de metal não convencional que, de acordo com as previsaµes, épreservada atéa temperatura ambiente. Eles possuem momentos magnanãticos que são acoplados ferromagneticamente ao longo da borda e antiferromagneticamente atravanãs dela e foi mostrado que as estruturas eletra´nicas e magnanãticas podem ser moduladas em grande medida, por exemplo, dopagem de carga, campos elanãtricos, deformações de rede ou engenharia de defeitos . A combinação de correlações magnanãticas sintoniza¡veis, largura de banda considera¡vel e interações spin-a³rbita fracas tornaram esses GNRs candidatos promissores para operações lógicas de spin. O estudo analisa especificamente nanofitas de grafeno de seis linhas em zigue-zague de carbono (6-ZGNRs), a única largura de ZGNRs que foi alcana§ada com uma abordagem de baixo para cima atéagora.

Novamente usando microscopias de tunelamento de varredura e de força atômica, os pesquisadores primeiro identificam a presença de defeitos de vaca¢ncia de carbono onipresentes localizados nas bordas das nanofitas e, em seguida, resolvem sua estrutura atômica. Seus resultados indicam que cada vaca¢ncia compreende uma unidade de m-xileno ausente, ou seja, outro defeito de "mordida", que, como nos AGNRs, éproveniente da cisão da ligação CC que ocorre durante o processo de ciclo de hidrogenação da reação. Os pesquisadores estimam que a densidade dos defeitos de "mordida" nos 6-ZGNRs émaior do que a dos defeitos equivalentes nos AGNRs de baixo para cima.

O efeito desses defeitos de mordida na estrutura eletra´nica e nas propriedades de transporte qua¢ntico de 6-ZGNRs énovamente examinado teoricamente. Eles descobrem que a introdução do defeito , da mesma forma que os AGNRs, causa uma interrupção significativa da conduta¢ncia. Além disso, nessa nanoestrutura, esses defeitos não intencionais induzem o desequila­brio da sub-rede e do spin, causando um momento magnético local. Isso, por sua vez, da¡ origem ao transporte de carga polarizada por spin que torna as nanofitas em zigue-zague defeituosas idealmente adequadas para aplicações em spintra´nica lógica totalmente em carbono no limite ma¡ximo de escalabilidade.

Uma comparação entre ZGNRs e AGNRs de igual largura mostra que o transporte atravanãs do primeiro émenossensívela  introdução de defeitos aºnicos e maºltiplos do que no último. No geral, a pesquisa fornece uma imagem global do impacto desses defeitos de "mordida" onipresentes na estrutura eletra´nica de baixa energia das nanofitas de grafeno de baixo para cima . Pesquisas futuras podem se concentrar na investigação de outros tipos de defeitos pontuais observados experimentalmente nas bordas dessas nanofitas, disseram os pesquisadores.