Ullmann coupling reaction in unconventional surfaces

Abstract

En el presente trabajo estudiamos el crecimiento de nano-estructuras de grafeno (GNR) mediante la reacción de Ullmann en superficies tecnológicamente relevantes.Desde su redescubrimiento allá por el año 2004, el grafeno es conocido como el material del futuro debido, entre otras cosas, a sus excelentes propiedades tanto químicas como electrónicas. Sin embargo, para su implementación en la industria de la nano electrónica y/o nana óptica en forma de dispositivo, necesita poder ser apagado y encendido, es decir, tener un ratio ¿on/off¿. El grafeno es un semimetal por lo que no se puede encender ni apagar intrínsecamente. De las muchas estrategias para conseguir dicho objetivo, uno de los más efectivos se basa en el confinamiento del grafeno, es decir, en disminuir de dos dimensiones a cuasi una dimensión el tamaño del grafeno. En consecuencia, se generan las estructuras llamadas nano grafenos o GNR.Sus excelentes propiedades electrónicas, similares a las del grafeno, así como el gap intrínseco (lo que permite encender o apagarlos) de las estructuras de GNR, hace de ellos componentes idóneos para su implementación en dispositivos electrónicos como por ejemplo los transistores de potencia. Una de las maneras más atractivas de sintetizar estas estructuras de GNR es mediante la reacción de Ullmann, que consiste en ensamblar moléculas previamente prediseñadas en una superficie catalizadora. Sin embargo, por ahora, la reacción de Ullmann solo se ha podido realizar con éxito en superficies metálicas, donde, intrínsecamente, las propiedades del GNR se desvanecen o hibridan. Por ello, una vez sintetizados los GNR, tienen que ser transferidos a superficies modelo, como un semiconductor en el caso del transistor, para poder ser implementados en futuros nano dispositivos, y normalmente la eficacia de dicha transferencia es muy pobre. El siguiente paso en el campo, y el objetivo del presente trabajo, es crecer estructuras de GNR mediante la reacción de Ullmann directamente en superficies tecnológicamente más relevantes donde a su vez, las propiedades de dichas estructuras es preservada.En nuestro trabajo demostramos la viabilidad de crecer GNR mediante la reacción de Ullmann en tres tipos de superficies tecnológicamente atractivas : (i) en un cristal escalonado llamado c-Au(111), (ii) en la superficie magnética del GdAu2 y (iii) en un material semiconductor como el como el TiO2 . Los trabajos de investigación se han desarrollado en una campana de Ultra-alto Vacío, y para la consecución de los resultados descritos arriba, hemos utilizado las siguientes técnicas experimentales: (i) el microscopio de efecto túnel (STM), para discernir localmente las geometrías de los nano grafenos (ii) difracción de electrones (LEED), para obtener un promedio de las geometrías del nano grafeno y (iii) técnicas de fotoemisión, tanto para establecer las propiedades electrónicas de los nano grafenos como estudiar los mecanismos químicos de la reacción de Ullmann.