En el marco de la red europea SAWtrain Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Network, un equipo de investigadores del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), junto con colaboradores internacionales, han demostrado que las propiedades del grafeno pueden ser moduladas local y dinámicamente por medio de una onda acústica superficial (SAW, del inglés surface acoustic wave), una especie de terremoto en un chip. La onda acústica es generada por un transductor integrado en un substrato piezoeléctrico que soporta la lámina de grafeno. Este mecanismo permite la ingeniería de la deformación en el grafeno a frecuencias ultraaltas (del orden de cientos de megahercios hasta varios gigahercios), sentando las bases para el desarrollo de nuevos dispositivos y aplicaciones deformatrónicas.
La deformatrónica (del inglés straintronics) es una de las áreas de investigación más novedosa de la física de la materia condensada que está siendo explorada en la actualidad. En ella, los efectos físicos inducidos por la deformación se utilizan para desarrollar nuevas tecnologías. La deformación del grafeno ha demostrado dar lugar a varios fenómenos extraordinarios. “Normalmente, la deformación se genera depositando el grafeno sobre un substrato elástico y flexible. Sin embargo, para desarrollar dispositivos integrados, se necesitan soluciones capaces de generar la deformación de manera local y con un mecanismo de actuación rápido”, apuntan los investigadores en este estudio.
“Las SAWs generadas mediante un transductor interdigitado en un substrato piezoeléctrico son una manera muy práctica de generar localmente una deformación en el grafeno soportado por dicho substrato”, comenta el investigador del ISOM y primer autor de este estudio Rajveer Fandan. Estas ondas son similares a las ondas sísmicas producidas por los terremotos y su deformación está fuertemente concentrada en la superficie. La gran ventaja aquí es que el transductor en el substrato piezoeléctrico produce los seísmos eléctricamente a voluntad, lanzando ondas con un perfil espacio-temporal diseñado a medida y de una magnitud controlada.
“El campo de deformación dinámico de la SAW puede ser controlado de manera activa a ultraalta frecuencia permitiéndonos ajustar las propiedades vibracionales del grafeno”, comenta Jorge Pedrós, científico de la UPM y líder de este estudio. En particular, los investigadores han probado este mecanismo de modulación mediante la evaluación de la dispersión Raman de la luz en el grafeno bajo la acción de la SAW. Así, han observado el desplazamiento de las bandas G (fonón óptico) y 2D (dos fonones ópticos) del espectro Raman debido al ablandamiento (o endurecimiento) del modo fonónico causado por la deformación de tipo tensil (o compresiva) de la SAW.
Este estudio destaca que el mecanismo de modulación de la deformación inducido por la SAW puede ser extendido a otros materiales 2D de capa única o de unas pocas capas (muchos de ellos también piezoeléctricos) y a heteroestructuras de van der Waals, convirtiendo a las SAWs en poderosas herramientas para explorar y explotar estos novedosos sistemas 2D “donde la física es especialmente rica y la ingeniería de la deformación abre todo un rango de nuevas posibilidades", concluyen los investigadores.
Rajveer Fandan, Jorge Pedrós, Alberto Hernández-Mínguez, Fernando Iikawa, Paulo V. Santos, Alberto Boscá, and Fernando Calle. Dynamic Local Strain in Graphene Generated by Surface Acoustic Waves, Nano Letters (2019). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04085
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