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O grafeno tem sido geralmente descrito como uma estrutura bi-dimensional - um único nível de carbono feito numa estrutura regular - mas a realidade não é assim tão simples. De facto, o grafeno pode formar rugosidades que tornam a estrutura mais complicada, mas com potencial para ser integrada em aparelhos electrónicos. O grafeno pode também interagir com o substrato onde é colocado, tornando-o ainda mais complicado.

Em pesquisas publicadas na Nature Communications, cientistas descobriram agora que a ondulação no grafeno podem restringir o movimento de electrões a uma dimensão, formando um espécie de junta estrutural que muda de condutor a semicondutor, instantaneamente.

Além disso, eles têm utilizado a ponta de um microscópio de varrimento para manipular a formação de rugas, abrindo o caminho para a construção de semicondutores de grafeno sem ser por meios químicos - adicionando outros elementos - mas antes manipulando a estrutura de carbono, ela própria uma forma de 'engenharia de grafeno'.

A descoberta aconteceu quando o grupo experimentava criar grafeno, fazendo a deposição de vapor químico, que é considerado o método mais fiável.

Eles estavam a trabalhar para formar grafeno num substrato de níquel, mas o sucesso deste método depende grandemente na temperatura e velocidade de arrefecimento.

De acordo com Hyunseob Lim, o primeiro autor do relatório, 'Nós tentávamos criar grafeno num único substrato de níquel cristalino, mas, em muitos casos, acabamos por criar um composto de níquel e carbono, Ni2C, em lugar de grafeno. Para resolver o problema, tentámos arrefecer rapidamente depois de adicionar acetileno, e durante esse processo criámos acidentalmente pequenas nano-rugas, de 5 nanómetros, na amostra.'

Eles foram capazes de ver estas pequenas rugas com microscopia de varrimento, e descobriram que havia lacunas nas bandas abertas entre elas, indicando que as lacunas podiam agir como semicondutores.

Normalmente electrões e buracos de electrões correm livremente através dos condutores, sem lacunas, mas quando é um semicondutor, há lacunas entre as bandas e os vários estados do electrão, e os electrões só podem passar nestas falhas sob certas condições. Isto indica que o grafeno pode, dependendo das rugas, tornar-se um semicondutor.

Inicialmente consideraram-se duas possibilidades para emergência da lacuna da banda. Uma é a de que esta tensão mecânica poderia causar este fenómeno magnético, mas excluíram esta possibilidade e concluíram que o fenómeno era causado pelo confinamento dos electrões numa só dimensão devido a 'confinamento quântico.'

De acordo com Yousoo Kim, líder do 'Surface and Interface Science Laboratory, que liderou a equipa, 'Até agora, esforços para manipular propriedades electrónicas do grafeno, terão sido feitos principalmente através de meios químicos, mas a desvantagem é a de que poderá levar à degradação de propriedades electrónicas devido a defeitos químicos. Aqui demonstramos que as propriedades electrónicas podem ser manipuladas simplesmente por mudar a forma da estrutura de carbono. Será entusiasmante verificar se isto nos poderá levar a novas maneiras de usar o grafeno.'