Kuzey Kore ve Güney Kore’nin BirleĢme Politikası

Como mencionado nas se¸c˜oes anteriores, uma das aplica¸c˜oes mais discutidas para o grafeno na eletrˆonica ´e o seu potencial uso em transistores de efeito de campo. Para tanto, um gap de energia ´e exigido. Neste contexto, nanofitas de grafeno extremamente finas (com largura menor do que 20 nm) podem produzir tais gaps que por sua vez s˜ao dependentes da largura da fita (ver Fig. 2.13) e da orienta¸c˜ao cristalogr´afica das bordas. Infelizmente, os m´etodos convencionais de produ¸c˜ao de nanofitas geram bordas desordenadas, fazendo com que o gap de energia seja mal definido e resultando em uma pequena mobilidade para os portadores de carga (∼ 200 cm2_{/V.s) [5, 54, 55].}

Neste contexto abre-se uma grande janela, com in´umeros problemas a serem investigados a respeito das bordas do grafeno: influˆencia nos mecanismos de transporte, propriedades magn´e- ticas e spintrˆonica, funcionaliza¸c˜ao, an´alise qu´ımica, an´alise estrutural e presen¸ca de defeitos, t´ecnicas de produ¸c˜ao de bordas mais ou menos ordenadas, t´ecnicas de reconstru¸c˜ao das mesmas, dobras, etc. Especialmente, podemos citar que estudos para obten¸c˜ao de bordas atomicamente perfeitas em nanofitas de grafeno com largura controlada tˆem sido um dos maiores desafios para a aplica¸c˜ao do grafeno em dispositivos eletrˆonicos e nosso objetivo ´e dar uma contribui¸c˜ao

experimental neste aspecto. As caracter´ısticas de nanocanais produzidos utilizando-se duas diferentes t´ecnicas podem ser vistas no cap´ıtulo 5.

H´a dois tipos de bordas puras em nanofitas de grafeno: zigzag e armchair, definidas pela orienta¸c˜ao dos hex´agonos relativa ao comprimento da fita, como indicado na Fig. 2.14.

Figura 2.14: Bordas armchair e zigzag em nanofitas de grafeno. A estrutura da borda e o n´umero de linhas de ´atomos de carbono perpendiculares ao eixo da fita determinam suas propriedades, inclusive eletrˆonicas [54].

Tˆem-se observado que bordas armchair e zigzag apresentam-se dominantes em rela¸c˜ao `as bordas mistas ap´os aquecimento Joule (por mistas leia-se bordas que constituem uma combi- na¸c˜ao das dire¸c˜oes acima descritas). Neste contexto, o aquecimento das amostras por corrente ou por feixe eletrˆonico ´e um procedimento adotado para reconstru¸c˜ao de bordas [56].

Cada ´atomo de carbono da borda zigzag possui um el´etron desemparelhado que ´e ativo para se combinar com outros reagentes, de modo a tornar esse tipo de borda bastante reativa. Por sua vez, os ´atomos de carbono da borda armchair s˜ao mais est´aveis em termos de reatividade qu´ımica [54].

Gap de energia em nanofitas de grafeno

C´alculos te´oricos apontam que nanofitas de carbono em configura¸c˜ao armchair ou zigzag (passivadas com hidrogˆenio) possuem ambas um gap direto de energia n˜ao nulo que diminui com a largura da fita e cujas origens variam dependendo do tipo de borda [57].

As denominadas zigzag possuem estados localizados de borda, aumentando a densidade local de estados pr´oximo `a energia de Fermi e implicando em poss´ıvel magnetiza¸c˜ao das bordas [54, 57]. Incluindo os graus de liberdade de spin nos c´alculos, foi determinado que o estado fundamental de nanofitas zigzag ´e um isolante magn´etico, com polariza¸c˜ao anti-paralela de spin em bordas opostas. O gap de energia neste caso origina-se portanto de potenciais de subrede resultantes do ordenamento magn´etico. Em outras palavras, os estados de spin opostos em bordas opostas ocupam diferentes subredes, gerando uma quebra na simetria do potencial. As bordas zigzag constituem o an´alogo magn´etico da folha de nitreto de boro (BN), cuja origem do gap adv´em da diferen¸ca de potencial iˆonico entre ´atomos de boro e nitrogˆenio localizados em diferentes subredes [57]. J´a para as bordas armchair, os fatores determinantes para o aparecimento do gap s˜ao o confinamento quˆantico e os efeitos de borda decorrentes de diferen¸cas energ´eticas entre as liga¸c˜oes σ do meio da fita e das extremidades (entre C e H) [57].

Dessa forma, diferentes tipos de funcionaliza¸c˜ao de bordas e adsor¸c˜ao de mol´eculas, aplica¸c˜ao de campos el´etricos e magn´eticos e m´etodo de controle do tamanho das fitas ser˜ao vari´aveis inte- ressantes nas propriedades gerais das nanofitas [54]. Portanto, nanofitas de grafeno com bordas perfeitas representam elementos extremamente interessantes para a fabrica¸c˜ao de dispositivos eletrˆonicos: s˜ao semicondutoras, com gap de energia satisfat´orio para aplica¸c˜oes eletrˆonicas (da ordem de 500 meV), est´aveis em escala nanom´etrica (o que garante uma vantagem na corrida miniaturalista da ind´ustria eletrˆonica), com mobilidade de portadores compar´avel a outros se- micondutores como o Si e capazes de suportar uma densidade de corrente superior at´e mesmo ao metal cobre. O cen´ario atual de pesquisa na ´area nos mostra que mais trabalho ´e necess´a- rio para que todas essas vantagens saiam da condi¸c˜ao de potencialidade e se transformem em realidade. Infelizmente, o que observa-se ´e que a obten¸c˜ao de uma regularidade espacial das bordas ´e muito dif´ıcil de ser alcan¸cada e mesmo o estado da arte de t´ecnicas de corros˜ao de bordas tem sido insuficiente para evitar a rugosidade das mesmas [58].

Evidˆencias diretas de desordem na borda tˆem sido observadas em in´umeras amostras, in- dependentemente da t´ecnica utilizada para produz´ı-las. As caracter´ısticas b´asicas s˜ao uma alternˆancia e mistura de bordas zigzag e armchair, protus˜oes e estruturas defeituosas mais complexas, como visto na figura a seguir [59, 60]:

Figura 2.15: Nanofitas com bordas desordenadas. a) A borda ´e uma combina¸c˜ao das bordas armchair e zigzag [59]. b) As bordas apresentam defeitos estruturais [60].

Estudos j´a demonstraram que irregularidades m´ınimas na geometria de estruturas confi- nadas podem levar `a localiza¸c˜ao de cargas em pequenas ilhas (quantum dots), ocasionando a supress˜ao da condutˆancia devido ao Coulomb blockade [61, 62]: devido ao tamanho reduzido do material, a intera¸c˜ao Coulombiana entre cargas torna-se relevante e, para que um el´etron possa tunelar de uma ilha a outra, ter´a que sobrepor a repuls˜ao Coulombiana dos el´etrons j´a presentes na regi˜ao. Em particular, a forma¸c˜ao dessas barreiras de tunelamento e espalhamen- tos de carga adicionais devido `a desordem, s˜ao respons´aveis pela redu¸c˜ao da raz˜ao entre as correntes no estado ligado e desligado de um transitor de nanofita de grafeno e pela redu¸c˜ao das mobilidades dos portadores, degradando a performance do dispositivo.