13.02.2020 - Science China Press

El mapeo de grafeno es 50 veces más rápido

El grafeno siempre está levantando grandes expectativas, como un material bidimensional fuerte y ultrafino que también podría ser la base de nuevos componentes en la tecnología de la información. Hay una gran necesidad de caracterización de los dispositivos de grafeno. Esto se puede hacer usando la espectroscopia Raman. La luz láser se envía a la muestra de material, y los fotones dispersos nos hablan de las rotaciones y vibraciones de las moléculas en su interior, y por lo tanto de la estructura del cristal. En promedio, sólo alrededor de 1 en 10 millones de fotones se dispersan de esta manera. Esto no sólo dificulta la detección de la información correcta, sino que también es muy lento: puede llevar medio segundo fotografiar un solo píxel. La pregunta es si el Raman sigue siendo la mejor opción, o si hay mejores alternativas. Los investigadores de la UT Sachin Nair y Jun Gao mantienen la espectroscopia Raman como punto de partida, pero se las arreglan para mejorar la velocidad drásticamente: no cambiando la técnica en sí, sino añadiendo un algoritmo.

Reducción del ruido

Este algoritmo no es desconocido en el mundo del procesamiento de señales y se llama Análisis de Componentes Principales. Se utiliza para mejorar la relación señal-ruido. PCA determina las características del ruido y las de la señal "real". Cuanto mayor sea el conjunto de datos, más fiable es este reconocimiento y más clara es la señal real que se puede distinguir. Aparte de eso, los modernos instrumentos Raman tienen un detector llamado dispositivo de acoplamiento de carga multiplicador de electrones (EMCCD) que mejora la relación señal-ruido. El resultado neto de este trabajo es que el procesamiento de un píxel no toma medio segundo, sino sólo 10 milisegundos o menos. Mapear una sola muestra ya no lleva horas. Una característica importante para los materiales vulnerables como el óxido de grafeno es que la intensidad del láser puede reducirse dos o tres órdenes de magnitud. Estos son los principales pasos a seguir para conseguir un rápido control de las propiedades de los materiales.

Multi-propósito

Excepto el grafeno, la técnica mejorada del Raman también puede utilizarse para otros materiales bidimensionales como el germaneno, el silicio, el disulfuro de molibdeno, el disulfuro de tungsteno y el nitruro de boro. El uso del algoritmo no se limita a la espectroscopia Raman; técnicas como la Microscopia de Fuerza Atómica y otras técnicas hiperespectrales también podrían beneficiarse de él.

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