Los físicos de la Universidad de Sheffield han descubierto que cuando dos materiales similares al grafeno, atómicamente delgados, se colocan uno encima del otro, sus propiedades cambian y surge un material con nuevas propiedades híbridas, allanando el camino para el diseño de nuevos materiales y nano-dispositivos.
Esto sucede sin mezclar físicamente las dos capas atómicas, ni a través de una reacción química, sino al unir las capas entre sí a través de una interacción débil llamada Van der Waals, similar a cómo una cinta adhesiva se adhiere a una superficie plana.
En el innovador estudio publicado en Naturaleza , los científicos también descubrieron que las propiedades del nuevo material híbrido pueden controlarse con precisión girando las dos capas atómicas apiladas, abriendo el camino para el uso de este grado único de libertad para el control a nanoescala de materiales compuestos y nano-dispositivos en tecnologías futuras.
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 usan ampliamente.
Hoy, las heteroestructuras son comunes y se usan ampliamente en la industria de semiconductores como una herramienta para diseñar y controlar propiedades electrónicas y ópticas en dispositivos.
Más recientemente, en la era de los cristales bidimensionales 2D atómicamente delgados, como el grafeno, han surgido 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 son posibles de otra manera inaccesibles en materiales tridimensionales tradicionales, potencialmente dando acceso a nuevas funcionalidades de dispositivos optoelectrónicos inexplorados o propiedades de materiales inusuales.
En el estudio, los investigadores utilizaron heteroestructuras de van der Waals hechas de los llamados dichoslcogenuros 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 enpuntas de lápiz: de donde se extrajo el grafeno como una sola capa atómica 2D de carbono.
Los investigadores encontraron que cuando dos TMD semiconductores atómicamente delgados se combinan en una sola 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- Entonces uno más uno no son dos.
"También encontramos que el grado de dicha hibridación depende en gran medida del giro entre las redes atómicas individuales de cada capa".
"Encontramos que cuando se retuercen las capas, la nueva periodicidad supraatómica surge en la heteroestructura, llamada superredes moiré".
"La superrejilla de moiré, con un período que depende 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 grafeno, el miembro "fundador" de la familia de materiales 2D. El último estudio muestra que otros materiales, en particular semiconductores como TMD, muestran una fuerte hibridación, que ademáspuede ser controlado por 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: "La imagen más compleja de interacción entre materiales atómicamente delgados dentro de las heteroestructuras de van der Waals surge. Esto es emocionante, ya que brinda la oportunidad de acceder a una gama aún más amplia de propiedades de materiales tales como inusuales y retorcidos por ajuste eléctricoconductividad y respuesta óptica, magnetismo, etc. Esto podría y será empleado como nuevos grados de libertad al diseñar nuevos dispositivos basados en 2D ".
Los investigadores desean realizar más estudios para explorar más combinaciones de materiales para ver cuáles son las capacidades del nuevo método.
El trabajo se llevó a cabo en estrecha colaboración con la Universidad de Manchester, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan República de Corea, el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales Japón y la Universidad de Oxford.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Sheffield . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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