A fabricação de dispositivos à base de grafeno envolverá, inevitavelmente, seu contato com eletrodos metálicos, algo que pode alterar as propriedades eletrônicas do grafeno na região dos contatos e, com isso, afetar a performance do dispositivo. Segundo os pesquisadores da Columbia University, em New York, do Brookhaven National Lab e do National Research Center, em Modena, Itália, o entendimento da interface metal-grafeno é crucial. Eles têm crescido nanoilhas de grafeno na superfície do cobalto e investigam essas nanoestruturas usando microscopia de varredura por tunelamento. Os resultados revelaram que há um forte acoplamento eletrônico na interface entre os dois materiais que, como esperado, altera de forma significativa as propriedades do grafeno.
Crescer grafeno sobre metais como cobalto ou níquel é interessante por duas razões, dizem os líderes das equipes George Flynn e Tony Heinz, do Nanoscale Science and Engineering Center, na Columbia, e Mark Hybertsen, de Brookhaven. Primeiro, a constante de rede da superfície do Co(0001) e do Ni(111) "se casam" com as constantes de rede do plano do grafeno. Isto significa que camadas estáveis podem ser crescidas, sem a necessidade de se ter superestruturas complexas, necessárias no caso da utilização de metais com grande "descasamento" de rede. Segundo, Ni e Co são materiais ferromagnéticos usados em aplicações da spintrônica, dispositivos que exploram não só o spin do elétron como também sua carga.Usando uma técnica de evaporação a vácuo, os pesquisadores colocaram moléculas precursoras em fase sólida contendo carbono (hexabenzacoroneno) no interior de uma câmara de ultra-alto vácuo aumentando a temperatura até 605 K para depositar as moléculas sobre uma superfície limpa de Co(0001). Em seguida, realizaram o tratamento térmico do substrato de cobalto com as moléculas adsorvidas na temperatura de 600 K, durante 20 minutos na câmara de vácuo para produzir nanoilhas de grafeno bem isoladas e bem definidas. Finalmente, a amostra foi resfriada a 4,9 K para as medidas de microscopia de varredura por tunelamento.
A equipe observou que dois átomos de carbono da célula unitária do grafeno ficam no topo de um átomo de cobalto, enquanto o outro átomo de carbono está localizado em um sítio vazio eqüidistante de três átomos de cobalto (ver ilustração) da superfície Co(0001). Foi observado também um forte acoplamento entre o grafeno e a superfície do cobalto (se comparado com a superfície de outros metais tais como prata, cobre ou platina). Isto significa que a estrutura eletrônica do grafeno que está em contato com o Co(0001) é muito diferente daquela do grafeno isolado.
Abrindo um gap
"A hibridização entre os orbitais p do grafeno e d do cobalto abrem um gap na estrutura eletrônica próximo do nível de Fermi do grafeno", diz Flynn. "Este efeito é devido principalmente ao ambiente assimétrico dos dois átomos de carbono na cela unitária do grafeno que surge naturalmente quando ele se encontra na superfície de Co(0001)."
O grafeno pode ser usado como um material carreador de spin, no futuro, enquanto que o cobalto é um dos materiais ferromagnéticos mais explorados em aplicações de spintrônica. O acoplamento estrutural e eletrônico entre grafeno e cobalto na região de contato, revelado por este estudo, será muito importante para o desenvolvimento de dispositivos de spintrônica baseados em grafeno.
"Por exemplo, um gap aparece na estrutura eletrônica do grafeno sobre o cobalto, graças ao forte acoplamento entre os dois materiais. Este fato indica que um dos parâmetros-chave para uma injeção eficiente de spin no grafeno é o ajuste da intensidade do acoplamento entre o grafeno e o material ferromagnético", explicou Flynn. Tal sintonia poderia ser obtida se inserindo uma camada espessa de óxido ou um metal não magnético entre os dois materiais.
Nanotechweb (Tradução - AGF).
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