Síntesis y caracterización experimental de carbon nanowalls (CNWS) en diferentes configuraciones de láminas de grafeno con fines de optimizar sus propiedades eléctricas y de magnetotransporte

Abstract

Este trabajo presenta un estudio experimental para mejorar las propiedades de magnetotransporte de las carbon nanowalls (CNWs) mediante cambios específicos de la morfología y microestructura de sus paredes de grafeno, utilizando diferentes combinaciones de los parámetros de síntesis a través del método de Deposición Química de Vapor Asistido por Plasma (PECVD). En el proceso de síntesis se han variado parámetros como el tiempo, la temperatura de deposición y el contenido de argón, lo que ha provocado cambios en la longitud y bordes de las paredes, así como defectos y espacios entre las capas de las láminas de grafeno. Para realizar una caracterización morfológica y estructural efectiva se han empleado técnicas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), espectroscopía RAMAN, análisis de detección de retroceso elástico (ERDA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) Mediante los métodos de SEM y XPS se demuestra que el crecimiento de las paredes y la grafitización mejoran a medida que la temperatura de deposición disminuye y aumenta el tiempo y flujo de Ar. Una mayor proporción del flujo de Ar y temperatura de deposición reducen el espacio entre las capas de grafeno. Este comportamiento se acompaña de una disminución del número de capas, correspondiente a una traslación de la banda 2D en los espectros Raman. El método ERDA revela que una gran parte del hidrógeno se encuentra atrapado entre las capas de grafeno a diferencia de otras estructuras de grafeno como los nanotubos y nanopartículas, donde el hidrógeno solo se presenta en los bordes. Una reducción del espacio entre las capas de las CNWs conduce a una magnetoresistencia (MR) negativa aproximadamente en todo el rango del campo magnético aplicado. Sin embargo, un mayor espacio entre las capas y un menor número de defectos propicia una débil antilocalización. Este desacoplamiento de las capas de grafeno permite obtener propiedades de magnetotransporte similares a la monocapa de grafeno. Al aumentar la concentración de defectos ocurre una transición de la débil antilocalización al magnetotransporte hopping. Los portadores de carga fuertemente localizados en el mecanismo hopping producen altos valores de magnetoresistencia a bajos campos magnéticos independiente de la temperatura, lo cual es un resultado prometedor para los dispositivos nanoelectrónicos. En campos magnéticos débiles, se observa una transición de la débil localización al efecto Hall cuántico, donde se obtiene un nivel de Landau bien definido, independiente del desorden de la muestra. La resistencia de Hall cambia de signo con la temperatura, relacionado con una transición del transporte tipo p al n. Además, se presenta una histéresis, atribuida fundamentalmente a los momentos magnéticos generados por los enlaces de hidrógeno con átomos de carbono e interfaces. Los resultados podrían ser valiosos para comprender las propiedades fundamentales de magnetotransporte en estructuras de grafeno y para el desarrollo de la próxima generación de dispositivos magnetoelectrónicos compuestos por carbon nanowalls.