Pesquisadores liderados por Stefan Wundrack, da Physikalisch-Technische Bundesanstalt, desenvolveram um processo de fabricação que insere gálio líquido sob o grafeno somente após todas as etapas de litografia e corrosão, preservando a integridade do material e garantindo comportamento supercondutor. O avanço foi descrito em 6 de novembro de 2025, na revista Advanced Materials.
A equipe parte de grafeno epitaxial cultivado em pastilhas de carbeto de silício (SiC). Após o crescimento, o grafeno é moldado em estruturas tipo Hall bar, conectadas a um reservatório por canais estreitos. Somente o reservatório recebe um rápido tratamento a plasma, que cria defeitos na camada tampão e abre rotas para a entrada do metal.
Concluída a microfabricação, uma gota de gálio é depositada no reservatório e aquecida pouco acima de 30 °C, ponto de fusão do metal. O gálio líquido infiltra-se pelos defeitos e se difunde pelos canais, guiado pela litografia, alcançando a região ativa do dispositivo sem expor o restante da superfície a danos.
A difusão segue as variações atômicas do SiC: o metal avança mais rápido ao longo dos terraços planos do substrato e encontra barreiras energéticas nos degraus, fenômeno associado à barreira Ehrlich-Schwoebel. Alinhando os canais com esses terraços, os pesquisadores obtiveram cobertura uniforme.
Medidas de Raman confirmam a intercalação: o pico G do grafeno desloca-se de 1 602 cm-1 para 1 586 cm-1, indicando relaxamento de tensão e separação da camada tampão. Novos picos em 21 cm-1 e 52 cm-1 revelam a presença de filme ultrafino de gálio.
Espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo mostra o ponto de Dirac deslocado 0,35 eV abaixo do nível de Fermi, sinal de dopagem de aproximadamente 8,1 × 1012 portadores por centímetro quadrado. Análises químicas detectam tanto gálio metálico quanto ligações silício-gálio, sugerindo uma primeira camada ligada ao substrato e camadas superiores metálicas.
Imagem: Nanowerk https
Testes de transporte elétrico revelam queda abrupta da resistência a zero entre 3,0 K e 3,25 K. O estado supercondutor desaparece com campo magnético em torno de 100 mT, comportamento compatível com filmes finos de gálio. Após correção de efeitos de “current jetting”, a densidade de portadores excede 1015 cm-2, indicando que a condução principal ocorre no filme de gálio enterrado.
O método evita danos térmicos ou químicos que prejudicavam tentativas anteriores de intercalar metais, permitindo a integração de grafeno supercondutor em escalas compatíveis com processos industriais e abrindo caminho para eletrônica quântica e sensores de alta precisão baseados em materiais bidimensionais.
Com informações de Nanowerk
