En unos sorprendentes experimentos se ha comprobado que pequeñas arrugas en el grafeno pueden cambiar las propiedades eléctricas del material. Esto demuestra la existencia en el grafeno así tratado de flexoelectricidad, un fenómeno en el que un material genera una carga eléctrica cuando se dobla de manera desigual.

 

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Pulickel Ajayan y Sathvik Ajay Iyengar, de la Universidad Rice en Houston Texas, Estados Unidos.

 

El grafeno es una lámina de carbono de tan solo un átomo de espesor. En el nuevo estudio, el equipo examinó arrugas formadas de manera natural con curvaturas comprimidas en espacios menores a una milmillonésima de metro. A esa escala, los electrones en el grafeno se desplazan ligeramente hacia un lado, creando dos polos eléctricos opuestos, como los extremos de una pequeña batería.

 

El equipo de investigación utilizó sondas microscópicas especializadas para medir la forma de las arrugas, la energía eléctrica local y la corriente eléctrica. También emplearon espectroscopia Raman, una técnica láser que revela cómo se estiran o comprimen los átomos, junto con simulaciones por ordenador que predijeron cómo la curvatura modifica el movimiento de los electrones. La comparación de arrugas de curvatura pronunciada con sectores de grafeno plano cercano permitió al equipo aislar los efectos de la curvatura.

 

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El nuevo estudio ha revelado que diminutas arrugas en el grafeno pueden alterar las propiedades eléctricas del material. (Ilustración: Ajayan Lab / Rice University)

 

“En estudios anteriores lo típico era analizar curvaturas más suaves o bien se basaban en presión externa, lo que dificultaba la identificación de este sutil efecto”, explica Iyengar. “Comparar las arrugas de curvatura pronunciada con áreas llanas en el grafeno nos permitió identificar claramente el papel de la curvatura extrema”.

 

Los investigadores descubrieron que la respuesta eléctrica dependía de la agudeza de las arrugas, no de su altura.

 

Estimaron que la separación de carga eléctrica resultante, denominada polarización, era entre 100 000 y 10 millones de veces más intensa que en sistemas flexoeléctricos mucho más grandes. La polarización es la separación de cargas eléctricas positivas y negativas dentro de un material.

 

Este descubrimiento sugiere que podríamos controlar la electricidad en materiales de espesor atómico modificando su forma en vez de añadir nuevas sustancias. Este enfoque de diseño podría conducir en el futuro a sensores más sensibles y a dispositivos electrónicos ultrafinos.

El estudio se titula “Sub-Nanometer Curvature Unlocks Quantum Orbital Flexoelectricity in Graphene”. Y se ha publicado en la revista académica Advanced Materials. (Fuente: NCYT de Amazings)