Las nanocintas de grafeno (GNRs) son nanostructuras de grafeno construidas con precisión atómica con interesantes propiedades electrónicas y magnéticas. La mayoría de las GNRs son semiconductores, y por tanto tienen un enorme potencial para desarrollar aplicaciones tecnológicas más allá del silicio. Su síntesis se realiza en superficies metálicas, partiendo del diseño racional de moléculas precursoras, que permiten fabricar nanocintas con estructura atómicamente precisas y propiedades electrónicas y texturas de espín a la carta.
En este trabajo, hemos sintetizado GNRs de siete átomos de ancho y sustituido dos átomos de carbono en su interior por dos de boro. Reportamos que estados de origen topológico, que emergen alrededor de la unidad de diboro, dan lugar a fenómenos de transporte resonante.
En particular, medimos la conductancia de electrones a través de los GNRs suspendidos entre la punta del STM y la muestra, que actúan como electrodos. Esta técnica permite realizar experimentos de transporte electrónicos en uniones moleculares con precisión a escala atómica en una configuración que se asemeja a dispositivos electrónicos reales.
Demostramos que el estado del diboro activa un canal de transporte resonante de huecos para voltajes aplicados a ambas polaridades, e.g. es unipolar. Debido a la gran localización energética de las resonancias observamos excitaciones elementales adicionales, tales como fonones o estados de pozo cuántico. Además, identificamos un comportamiento de diodo de corriente resonante en los GNRs, cuya relación de rectificación puede controlarse en más seis órdenes de magnitud, e incluso invertir su polarización, simplemente variando la distancia punta-muestra.
En conjunto, los resultados subrayan el potencial de las nanocintas de grafeno dopadas como plataformas versátiles para aplicaciones en electrónica molecular y transporte cuántico, destacando la importancia del control atómico sobre su estructura y geometría.
a Esquema de la estructura de bandas de la GNR proyectada en una molécula de tamaño finito en el espacio real. El VB está confinado en dos segmentos separados por la unidad 2B, lo que da lugar a estados de pozo cuántico. El estado topológico surge alrededor de la unidad 2B dentro de la banda prohibida. Imagen de topografía STM del 2B-GNR (V = -300 mV, I = 30 pA) y estructura de Lewis del segmento de cinta borylada. La cruz roja indica la posición desde la que se levantó la cinta. Esquema de la configuración experimental con la cinta suspendida entre la punta y el sustrato indicando la z de retracción de la punta. b Mapa de colores de los espectros dI/dV a diferentes separaciones z del sustrato de la punta. Las resonancias de transporte en V±2B y V± se identifican claramente en los espectros para z > 3 nm. La señal dI/dV de la esquina superior derecha se ha amplificado en un factor 5. c V+2B y V–2B simuladas en función de z para el modelo unipolar y los valores experimentales de V+2B y V–2B (cruces negras). El recuadro esboza el transporte unipolar a través de un único nivel de energía ocupado ε. Se indican las condiciones para el transporte resonante a través de la resonancia del hueco O2B+ ε+ para voltaje positivo y negativo.