Las propiedades deseables que incluyen una mayor conductividad eléctrica, propiedades mecánicas mejoradas o magnetismo para el almacenamiento de memoria o el procesamiento de información pueden ser posibles debido a un método teórico para controlar los límites de grano en materiales bidimensionales, según los científicos de materiales de Penn State.
Los materiales bidimensionales 2D han sido objeto de un intenso estudio en la última década, pero antes del trabajo de Yuanxi Wang, un reciente doctorado de Penn State y Vincent H. Crespi, distinguido profesor de física, ciencia de materiales yingeniería y química en Penn State, nadie había ideado una forma general de controlar la ubicación y el tipo de límites de grano en materiales 2D.
"Cuando cultivas un material 2D, una película delgada, estás depositando materiales en un sustrato", explicó Crespi. "A medida que los átomos caen sobre el sustrato, se autoorganizan en áreas cristalinas llamadas granos".
Cuando los granos se expanden, se topan con otras regiones cristalinas en crecimiento, y donde se encuentran se llama límite de grano. Pero como alicatar un piso arrojando los azulejos al azar, la orientación de los granos y los límites de grano son arbitrarios, lo que afecta elpropiedades materiales.
Hasta este trabajo, publicado en la revista Nano letras , estos límites de grano al azar se consideraron en gran medida como subproductos desafortunados del proceso de deposición.
"Por lo general, cuando se cultiva un material, esos límites de grano al azar son malos", dijo Crespi. "Los átomos no se acoplan entre sí como lo hacen en los cristales ordinarios. La corriente y el calor no pasan fácilmente".Tienden a dispersar calor y electrones ".
Crespi y Wang tuvieron la idea de que al manipular el sustrato subyacente, podrían predeterminar dónde comenzarían y terminarían los límites del grano, y hacer que se alinearan en posiciones ordenadas. Las formas clave se basaron en algo llamado curvatura gaussiana, una serie deprotuberancias hemisféricas e inmersiones en un sustrato que se asemeja a un cartón de huevos.
Wang hizo cálculos que mostraron que para dos materiales 2D ampliamente estudiados, el disulfuro de grafeno y molibdeno, el crecimiento formaría límites de grano en ubicaciones específicas en lugar de separarse del sustrato o desarrollar pliegues no deseados. Si el material 2D no se adhiere bien alsustrato, generará un pliegue.
"Descubrimos que la energía y la cinética de formar límites de grano frente a un pliegue o desprendimiento, eran favorables en el disulfuro de grafeno y molibdeno, y aplicables a cualquier material 2D", dijo Wang. "Pero ninguna protuberancia sería suficiente. Tienen quetener curvatura gaussiana "
Las aplicaciones incluyen almacenamiento de memoria, donde controlar el estado magnético de un sistema de límite de grano magnético 2D mediante la aplicación de un voltaje sería una capacidad muy útil. El control fino de las propiedades electrónicas a través de los límites de grano también podría usarse en espintrónica, que es el procesamientoinformación que utiliza el giro de los electrones. Estos límites de grano a menudo también controlan las propiedades mecánicas de los materiales, como la forma en que responden bajo estiramiento.
"Esto le da a las personas una nueva forma de pensar sobre la optimización de las propiedades de los materiales 2D donde tienen más control que antes", dijo Crespi. "No sabíamos que podíamos tener un control tan fino de los límites de grano, por lo que no lo hicimosNo piense en estudiar cuidadosamente las propiedades magnéticas, térmicas y electrónicas de los límites de grano con el objetivo de crear 'materiales de límite de grano' cuyas propiedades estén determinadas por una distribución controlada de límites de grano específicos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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