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1 + 1 no es igual a 2 para materiales 2-D similares al grafeno

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Los físicos de la Universidad de Sheffield descubrieron que cuando se colocan uno encima del otro dos materiales atómicamente delgados como el grafeno, cambian sus propiedades, y surge un material con propiedades híbridas novedosas, que allanan el camino para el diseño de nuevos materiales y nanodispositivos.

Esto ocurre sin mezclar físicamente las dos capas atómicas, ni a través de una reacción química, sino al unir las capas entre sí mediante una interacción débil llamada van der Waals, similar a la forma en que una cinta adhesiva se adhiere a una superficie plana .

En el innovador estudio publicado en Nature , los científicos también descubrieron que las propiedades del nuevo material híbrido se pueden controlar con precisión mediante la torsión de las dos capas atómicas apiladas , lo que abre el camino para el uso de este grado único de libertad para la nanotecnología. Control de escala de materiales compuestos y nanodispositivos en futuras tecnologías.

La idea de apilar capas de diferentes materiales para hacer las llamadas heteroestructuras se remonta a la década de 1960, cuando se investigó el arseniuro de galio semiconductor para fabricar láseres en miniatura, que ahora se utilizan ampliamente.

Hoy en día, las heteroestructuras son comunes y se usan de manera muy amplia en la industria de los semiconductores como una herramienta para diseñar y controlar las propiedades electrónicas y ópticas de los dispositivos.

Más recientemente, en la era de los cristales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados, como el grafeno, surgieron nuevos tipos de heteroestructuras, donde las capas atómicamente delgadas se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals relativamente débiles.

Las nuevas estructuras apodadas ‘heteroestructuras de van der Waals’ abren un enorme potencial para crear numerosos “meta” materiales y dispositivos novedosos al apilar cualquier cantidad de capas atómicamente delgadas. Cientos de combinaciones se vuelven posibles de lo contrario inaccesibles en los materiales tridimensionales tradicionales, lo que podría dar acceso a nuevas funciones del dispositivo optoelectrónico inexploradas o propiedades inusuales de los materiales.

En el estudio, los investigadores utilizaron heteroestructuras de van der Waals hechas de los llamados dicalcogenuros de metales de transición ( TMD ), una amplia familia de materiales en capas. En su forma tridimensional a granel, son algo similares al grafito, el material utilizado en las puntas de lápiz, de donde se extrajo el grafeno como una sola capa atómica 2-D de carbono.

Los investigadores descubrieron que cuando dos TMD semiconductores delgados se combinan en una única estructura, sus propiedades se hibridan.

El profesor Alexander Tartakovskii, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Sheffield, dijo: “Los materiales se influyen entre sí y cambian las propiedades de cada uno, y deben considerarse como un nuevo ‘meta’-material con propiedades únicas, por lo que Uno más uno no hace dos.

“También encontramos que el grado de tal hibridación depende en gran medida de la torsión entre las redes atómicas individuales de cada capa .

“Encontramos que cuando se retuercen las capas, la nueva periodicidad supraatómica surge en la heteroestructura, que se denomina superlatticia de muaré.

“La superlatticia de muaré, con el período dependiente del ángulo de giro, determina cómo se hibridan las propiedades de los dos semiconductores”.

En otros estudios, se han descubierto y estudiado efectos similares principalmente en el grafeno, el miembro “fundador” de la familia de materiales 2-D. El último estudio muestra que otros materiales, en particular semiconductores como los TMD, muestran una fuerte hibridación, que además puede controlarse mediante el ángulo de giro.

Los científicos creen que el estudio muestra un enorme potencial para la creación de nuevos tipos de materiales y dispositivos.

El profesor Tartakovskii agregó: “Surge la imagen más compleja de la interacción entre materiales atómicamente delgados dentro de las heteroestructuras de van der Waals. Esto es emocionante, ya que brinda la oportunidad de acceder a una gama aún más amplia de propiedades del material, como una conductividad eléctrica inusual y ajustable por torsión. “Respuesta óptica, magnetismo, etc. Esto podría y será empleado como nuevos grados de libertad al diseñar nuevos dispositivos basados ​​en 2D”.

A los investigadores les gustaría hacer más estudios para explorar más combinaciones de materiales para ver cuáles son las capacidades del nuevo método.

Más información: Exconones de hibridación resonante en superlatticios de moiré en heteroestructuras de van der Waals, Nature (2019). DOI: 10.1038 / s41586-019-0986-9 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-0986-9

Via: https://phys.org/news/2019-03-equal-graphene-like-d-materials.html#jCp

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