El grafeno dadas sus excepcionales propiedades ha abierto un sinfín de posibilidades para la investigación científica y tecnológica como lo demuestran las mas de 3500 publicaciones que se han hecho a la fecha. Por otro lado el GaN que es un semiconductor de suma importancia para múltiples dispositivos entre los cuales están emisores en el azul y el ultravioleta cercano, dispositivos electrónicos de alta potencia y diodos láser. Su alta conductividad térmica lo hace buen candidato para nuevas aplicaciones que deben funcionar en alta temperatura. Este proyecto une estos dos materiales tan prometedores. En base a los estudios ya existentes de grafeno y de GaN asi como de nuestra propia experiencia con GaN haremos el estudio de cálculos computacionales para depositar C sobre superficies de GaN con diferentes reconstrucciones superficiales para demostrar que es posible obtener el crecimiento de capas de grafeno homogéneas y estables, libres de los dominios policristalinos que caracterizan los crecimientos experimentales. Calcularemos La energía de equilibrio, modulo de volumen, estructura de bandas, densidades de estados, sitios de absorción mas probables, energías de enlace, barreras de difusión para determinar la configuración mas estable para una o dos capas de grafeno. Se haran estudios experimentales por medio del microscopio de efecto túnel (STM) la espectroscopía túnel de barrido (STS) para estudiar de la densidad local de estados en la superficie GaN/grafeno. Esperamos profundizar en el conocimiento de los mecanismos que gobiernan la interacción entre la superficie de GaN y grafeno para poder mejorar la obtención de grafeno de forma aplicable tecnológicamente.

Contribución del proyecto Todas estas investigaciones han contribuido al conocimiento de las interacciones que ocurren entre el grafeno y diferentes sustratos metálicos o semiconductores, sin embargo el entendimiento y compresión precisa de los procesos físicos que ocurren entre el grafeno y los diferentes sustratos no es completo, lo que limita el desarrollo de todo el potencial de grafeno y la producción en masa de dispositivos tecnológicos basados en grafeno, por esta razón el estudios del grafeno crecidos sobre diferentes sustratos o dopados con diferentes elementos es uno de los temas de mayor investigación actual, tanto teórica como experimentalmente. Todo esto nos motiva a hacer un estudio teórico detallado de las propiedades estructurales y electrónicas, las energías de enlace y las barreras de energía para la difusión lateral y hacia el volumen de los átomos adsorbidos de C sobre las superficies (0001) de GaN en la geometría hexagonal 2x2, comenzando con un solo átomo hasta completar primeramente una monocapa de grafeno sobre la superficie (0001) GaN y a determinar qué tipo de celda de grafeno se puede mantener establemente sobre esa superficie de GaN. Posteriormente se estudiara el crecimiento de una segunda capa y dependiendo de los resultados se añadirán mas capas buscando conservar las propiedades del grafeno. Este estudio teórico y experimental, será un aporte fundamental para el crecimiento del sistema grafeno/(0001)GaN, porque los resultados permitirán entender los procesos físicos: como la adsorción, desorción y difusión de átomos sobre la superficie del grafeno y del sustrato (0001)GaN. Los resultados obtenidos serán de crucial importancia para mejorar las condiciones de crecimiento del sistema grafeno/(0001)GaN, debido a que la energía de adsorción y las barreras energéticas de difusión de átomos de C sobre una superficie (0001)GaN es considerado el parámetro clave que controla el crecimiento, la calidad del material y la morfología superficial. Por tanto, nuestros aportes permitirán tener un buen entendimiento de los procesos que ocurren entre el grafeno y la superficie (0001)GaN, lo cual es de vital importancia a la hora de tener una visión profunda de los mecanismos de crecimiento dominantes a escala atómica, y por tanto, permiten tener un mejor control de las condiciones de crecimiento de los sistemas basados en grafeno sobre la superficie (0001)GaN. Esto llevará al crecimiento de monocapas o multicapas de grafeno sobre la superficie (0001)GaN de mejor calidad que las obtenidas hasta este momento. Las imágenes de STM del sistema GaN/grafito y GaN/grafeno, ayudaran mucho es este proceso de entendimiento. Este proyecto une dos materiales interesantes como son el GaN y el grafeno, que se encuentran entre los materiales más prometedores en cuanto a tecnología y sistemas de baja dimensionalidad.