Revista de Investigación y Desarrollo
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abstracto

Graphene 2018: Graphene on Diamond

james c cantado

El grafeno es el grafeno plano de diamante estirado que se puede formar en una aleación martensítica sin romper los enlaces de carbono, en la superficie del diamante mediante un tratamiento térmico especial al vacío. En este caso, la heteroepitaxia de grafeno sobre diamante (GOD) es similar a la homoepitaxia, por lo que la transmisión de la señal es continua. GOD es un dispositivo computacional ideal ya que el grafeno contiene la red de transmisión más efectiva, capaz de comunicarse en terahercios a una velocidad de Mach 100 de fonón (vibración de red). Por otro lado, el diamante se considera la computación cuántica más estable.sólido debido a su temperatura Debye más alta. Durante la computación cuántica, los Q-bits deben entrelazarse sin vibración atómica, y la red súper dura del diamante es capaz de mantener esta estabilidad durante milisegundos, incluso a temperatura ambiente. El diamante contiene aproximadamente un 1% de átomos de isótopos C13 en la red. Estos átomos pueden plantarse con iones y tratarse con calor para agruparse como Q-bits. La superposición de giros del neutrón extra en los núcleos sería el mejor mecanismo para la computación cuántica. Con alrededor de 50 Q-bits entrelazados en milisegundos mientras estos Q-bits están estacionarios, las amplias posibilidades computacionales pueden abordar problemas aún más difíciles que para todos los transistores humanos combinados. Con DIOS, la computación cuánticase puede iniciar con grafeno en la cara cúbica (100) del diamante; y las ondas cuánticas colapsadas pueden salir de la cara octaédrica (111). Por lo tanto, GOD sería el chip de IA soñado que supera incluso a las combinaciones más inteligentes de todas las computadoras actuales interconectadas.

La formación de capas de grafeno de alta calidad sobre el diamante se obtuvo mediante una técnica de recocido a alta temperatura utilizando un catalizador de Cu. Las características comunes del grafeno monocapa se observaron en los espectros Raman de las capas formadas por recocido de heteroestructuras de Cu/diamante a 950 °C durante 90 min. La relación de cobertura de estas capas de grafeno en el diamante solía estimarse en el orden del 85% a través del mapeo Raman del pico 2D. Se ha estimado que los valores de concentración y movilidad de los espacios entre láminas de las capas son ~ 1013 cm−2 y ~ 670 cm2/Vs, respectivamente. Estos valores son similares a los observados en el pasado para capas de grafeno de alta calidad sobre SiC.

Se propone el proceso a nuestro alcance para diseñar las propiedades electrónicas (incluida la estructura de la banda) del diamante a lo largo de la hibridación de la superficie con el grafeno. Las capas de grafeno (de 5 a 50 nm de espesor) se cultivaron verticalmente en una placa de diamante policristalino texturizado pulido (1 × 1 cm2) (vGr-diamante) a ~1300 °C a lo largo del grabado con plasma de hidrógeno en una cámara de deposición de vapor químico (CVD). Debido a la relación cristalográfica, las capas de grafeno se incrustan en un ángulo de 30° con respecto a la superficie del diamante que comprende los planos. La relación epitaxial se valida mediante difracción de rayos X de ángulo bajo (XRD), la curva oscilante XRD, Raman y microscopía electrónica de barrido. Con la hibridación, el patrón de diamante muestra un fuerte signo fotoluminiscente (PL) a ∼2,78 eV (∼450 nm). La parte superior se asignó a los 'defectos de interfaz' de la estructura híbrida VGr-diamante, que son una especie de 'defecto de superficie' del diamante CVD que genera un tope de ∼2,69 eV. El desplazamiento hacia el azul (∼90 meV) de los defectos de la interfase se debe a la tensión de compresión de ∼3 % aplicada a los átomos de la interfase. Las simulaciones indican que las estructuras híbridas poseen una banda prohibida finita de 1,85 a 0,25 eV, que disminuye al aumentar el grosor de las capas de grafeno a ~1,4 nm. La aparición de un pequeño orificio de banda solía atribuirse a la tensión de compresión. Estos hallazgos también pueden proporcionar una ruta para que el diamante se convierta en una plataforma para la generación posterior y los dispositivos electrónicos intensos. Las simulaciones indican que las estructuras híbridas poseen una banda prohibida finita de 1,85 a 0,25 eV, que disminuye al aumentar el grosor de las capas de grafeno a ~1,4 nm. La aparición de un pequeño orificio de banda solía atribuirse a la tensión de compresión. Estos hallazgos también pueden proporcionar una ruta para que el diamante se convierta en una plataforma para la generación posterior y los dispositivos electrónicos intensos. Las simulaciones indican que las estructuras híbridas poseen una banda prohibida finita de 1,85 a 0,25 eV, que disminuye al aumentar el grosor de las capas de grafeno a ~1,4 nm. La aparición de un pequeño orificio de banda solía atribuirse a la tensión de compresión. Estos hallazgos también pueden proporcionar una ruta para que el diamante se convierta en una plataforma para la generación posterior y los dispositivos electrónicos intensos.

No obstante, la exploración de la electrónica del diamante,1,2 iniciada con la exitosa síntesis del diamante mediante deposición química de vapor (CVD)3,4 en la década de 1980, es un desafío. Esto se debe no solo al problema de la ubicación de la deposición (∼1 × 1 cm2) para las placas de diamante monocristalino,4,5 sino también al tema de la ingeniería de banda prohibida.6,7 Dopar una impureza es la mejor manera de brecha diseñar un tejido semiconductor y esto ha abierto el uso de silicio en la era moderna. Sin embargo, para el diamante con una brecha de banda ancha de 5,47 eV, el enfoque de dopaje reveló dificultades para controlar los dopantes tan adecuadamente como la degradación de la cristalinidad con un fuerte dopaje de boro o nitrógeno.6 El último problema es más radical porque se debe a un comerciode la química del gas en alguna etapa del dopaje in situ. Con el progreso actual en la síntesis de sustancias 2D, incluido el grafeno, se ha recomendado la hibridación estructural como una forma viable de utilizar la ingeniería de banda prohibida para materiales novedosos.10–14. Por ejemplo, la heteroforma lateral del nitruro de boro hexagonal (h-BN ) (aislante) con grafeno (semimetálico) sintoniza la banda prohibida de h-BN o grafeno.

Los investigadores observaron que dos capas de grafeno apiladas una encima de la otra pueden volverse tan duras como el diamante e igual de impenetrables, por ejemplo, cuando golpea una bala y el material endurecido se llama diamene. Los cortadores compactos de diamante policristalino (PDC) se utilizan ampliamente para minería y perforación en formaciones rocosas de dificultad suave a media. Durante la perforación en formaciones rocosas increíblemente difíciles y sólidas, la rápida instalación de la capa de diamante policristalino provoca una baja existencia de brocas de perforación. Para mejorar el rendimiento general de los cortadores de PDC, se adopta una técnica de sinterización de alta temperatura y alta presión (HTHP) (5,5–6,0 GPa y 1350–1500 °C) en la investigación moderna mediante la adición de una cierta cantidad de grafeno a materias primas,Se realiza una investigación sobre la microestructura, la tensión residual, la dureza, la resistencia al desgaste, la conductividad térmica y la conductividad eléctrica del PDC-G sintetizado. En comparación con el PDC además del grafeno, la dureza y la resistencia al desgaste del PDC-G con un 0,1 % en peso de adición de grafeno fueron más ventajosas en un 75 % y un 33 %, respectivamente. Además, la conductividad eléctrica del PDC preparado mediante el fortalecimiento con grafeno se multiplicó una vez por 42. El mecanismo de fortalecimiento de PDC-G en general se produjo como resultado del efecto lubricante del grafeno entre las partículas de diamante.