Ochenta años después de la predicción teórica de la fuerza requerida para superar la unión de van der Waals entre capas en un cristal, los investigadores de ingeniería de la Universidad de Tohoku lo han medido directamente. Informan sus resultados esta semana en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing.
En su prueba de concepto, el equipo también creó cristales de seleniuro de galio más duraderos. El logro podría avanzar en el desarrollo de tecnologías de terahercios y espintrónicos, que se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde imágenes médicas hasta computadoras cuánticas.
"Esta es la primera vez que alguien mide directamente la fuerza de unión de van der Waals en las capas de un cristal", dijo Tadao Tanabe, uno de los autores. "Incluso los estudiantes de secundaria conocen esta fuerza, pero en cristalesfue muy difícil de medir directamente "
Aunque se considera prometedor para muchas tecnologías, el uso de cristales de seleniuro de galio se ha visto obstaculizado por el hecho de que son notoriamente frágiles. Para fortalecerlos, el equipo de Tanabe, incluido el colega del Departamento de Ciencia de Materiales Yutaka Oyama, imaginó cristales en crecimiento con pequeñoscantidades de selenio reemplazadas con el elemento raro telurio.
Los investigadores supusieron que la nube de electrones más grande del telurio produciría mayores fuerzas de van der Waals entre las capas de cristal, fortaleciendo la estructura general. Van der Waals 'son fuerzas eléctricas débiles que atraen átomos entre sí a través de cambios sutiles en las configuraciones electrónicas del átomo.
El equipo creció y comparó tres tipos diferentes de cristales: un seleniuro de galio puro, uno con un 0,6 por ciento de telurio y otro con un 10,6 por ciento de teluro. Para probar el efecto del teluro en la unión entre capas, el equipo inventó el equivalente de un sándwich de cristalabridor. Su sistema es capaz de medir con exquisito detalle la resistencia a la tracción, la fuerza requerida para tirar del cristal hasta que se rompa.
"El sistema de prueba de tracción es muy simple en algunos aspectos", dijo Tanabe. "Pero fue muy difícil desarrollar una forma de identificar el punto exacto en el que se rompió el cristal".
Los cristales probados tenían aproximadamente 3 milímetros de ancho y solo 1/5 de milímetro de grosor, aproximadamente la mitad del grosor de un trozo de papel de impresora estándar. Cada cristal consta de cientos de capas individuales.
El equipo usó una cinta especial de doble cara a cada lado de un cristal para sostenerlo entre una plataforma anclada y una móvil que se podía retirar lentamente, a una velocidad de 50 millonésimas de metro por segundo ". Esto nos permitiópara medir con mucha precisión la fuerza de la capa intermedia a la que se rompió el cristal ", dijo Tanabe.
Los investigadores encontraron que la unión entre capas de van der Waals en los cristales dopados con teluro era siete veces más fuerte que en los selenuro de galio puro.
Con la adición de teluro, el cristal de seleniuro de galio blando y escindible se vuelve rígido al mejorar la fuerza de unión de van der Waals, informan los autores, allanando el camino para usar este sistema para mejorar las tecnologías basadas en cristales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :