El grafeno es un material bidimensional cuyo grosor es de un átomo. Su estructura laminar está compuesta de átomos de carbono que forman una red hexagonal tipo panal de abejas. A partir de la popularización de su síntesis el año 2004 por el grupo liderado por André Geim de la Universidad de Manchester, ha tenido un gran interés por sus propiedades electrónicas, mecánicas y químicas.

Características como su composición química, estructura cristalina y su interacción con agentes externos como el substrato, son algunos factores importantes que determinan sus propiedades electrónicas. A continuación detallamos estos puntos:

Composición química: Los átomos de carbono en el grafeno presentan enlaces covalentes. El carbono tiene cuatro electrones de valencia ocupando los orbitales 2s, 2px , 2py y 2pz . Estos estados se mezclan fácilmente generando hibridizaciones (combinación de orbitales 2s con 2p). En el caso del grafeno se tiene tres electrones con hibridización sp2 , conocida como enlaces tipo σ. Estos unen el carbono con sus tres átomos vecinos manteniendo ası́ la estabilidad estructural del material. El electrón restante tiene un estado pz (enlace tipo π) y es responsable del transporte electrónico.

Estructura cristalina: El grafeno presenta una estructura cristalina bidimensional, similar al panal de abejas. Sus propiedades electrónicas están fuertemente vinculadas a su perfección estructural. Ası́, tenemos que la movilidad eléctrica del grafeno es alta, del orden de 10,000 cm2 /V·s a T=300K [1]. La movilidad eléctrica sin embargo se ve fuertemente reducida por la presencia de defectos o vacancias en la red [2]. La importancia de la perfección estructural del grafeno se refleja también en el carácter balístico del transporte del electrón en distancias submicrométricas [1].

Efectos del substrato: En la interacción del substrato con el grafeno se puede identificar dos efectos: el primero está relacionado con una alteración de la homogeneidad de los portadores de carga, reduciendo la calidad de las propiedades electrónicas [3]. Esto se hace evidente cuando comparamos las medidas de transporte en grafeno sobre substrato de SiO 2 con muestras suspendidas en el aire. La movilidad electrónica para este último caso es 10 veces mayor que cuando utilizamos un substrato [4]. Estos resultados están en acuerdo con las predicciones teóricas que consideran que las propiedades de transporte electrónico pueden ser explicados mediante la dispersión por impurezas cargadas en el substrato [5].

[1] K. S.Novoselov et al. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306:666, 2002.

[2] Jian-Hao Chen et al. Defect scattering in graphene. Phys. Rev. Lett., 102:236805, 2009.

[3] X. Du, I. Skachko, A. Barker, and E. Y. Andrei. Approaching ballistic transport in suspended graphene. Nature Nanotechnology, 3:491, 2008.

[4] K.I. Bolotin et al. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene. Solid State Communications, 146:351, 2008.

[5] Shaffique Adam, E. H. Hwang, V. M. Galitski, and S. Das Sarma. A self-consistent theory for graphene transport. PNAS, 104:18392, 2007.

[6] Imagen por STM del grafeno, obtenido de: http://www.nanoscience.de/HTML/research/graphene.html