El grafeno se celebra como un material extraordinario. Consiste en carbono puro, una sola capa atómica de espesor. Sin embargo, es extremadamente estable, fuerte e incluso conductor. Para la electrónica, sin embargo, el grafeno todavía tiene desventajas cruciales. No puede serutilizado como semiconductor, ya que no tiene un intervalo de banda. Al pegar los átomos de hidrógeno al grafeno se puede formar dicho intervalo. Ahora los investigadores de Göttingen y Pasadena EE. UU. han producido una "película a escala atómica" que muestra cómo los átomos de hidrógeno se unen químicamente al grafeno enuna de las reacciones más rápidas jamás estudiadas
El equipo internacional de investigación bombardeó el grafeno con átomos de hidrógeno. "El átomo de hidrógeno se comportó de manera bastante diferente de lo que esperábamos", dice Alec Wodtke, jefe del Departamento de Dinámica en Superficies en el Instituto Max Planck MPI para Química Biofísica y profesor deel Instituto de Química Física de la Universidad de Gotinga. "En lugar de volar de inmediato, los átomos de hidrógeno se" pegan "brevemente a los átomos de carbono y luego rebotan en la superficie. Forman un enlace químico transitorio", informa Wodtke. Y algo mássorprendió a los científicos: los átomos de hidrógeno tienen mucha energía antes de golpear el grafeno, pero no queda mucho cuando se van volando. Los átomos de hidrógeno pierden la mayor parte de su energía en caso de colisión, pero ¿a dónde va?
Para explicar estas sorprendentes observaciones experimentales, el investigador de Göttingen MPI Alexander Kandratsenka, en cooperación con colegas del Instituto de Tecnología de California, desarrolló métodos teóricos, que simularon en la computadora y luego compararon con sus experimentos. Con estas simulaciones teóricas, queDe acuerdo con las observaciones experimentales, los investigadores fueron capaces de reproducir los movimientos ultrarrápidos de los átomos que forman el enlace químico transitorio. "Este enlace dura solo unos diez femtosegundos, diez cuadrillonésimas de segundo. Esto lo convierte en uno de los más rápidosreacciones químicas observadas directamente directamente ", explica Kandratsenka.
"Durante estos diez femtosegundos, el átomo de hidrógeno puede transferir casi toda su energía a los átomos de carbono del grafeno y desencadena una onda de sonido que se propaga hacia afuera desde el punto del impacto del átomo de hidrógeno sobre la superficie del grafeno, como una piedraque cae al agua y desencadena una onda ", dice Kandratsenka. La onda de sonido contribuye al hecho de que el átomo de hidrógeno puede unirse más fácilmente al átomo de carbono de lo que los científicos esperaban y los modelos previos habían predicho.
Los resultados del equipo de investigación proporcionan información fundamentalmente nueva sobre la unión química. Además, son de gran interés para la industria. Pegar los átomos de hidrógeno al grafeno puede producir una banda prohibida, lo que lo convierte en un semiconductor útil y mucho más versátil en electrónica.
El esfuerzo involucrado en la configuración y ejecución de estos experimentos fue enorme, reveló Oliver Bünermann, líder del grupo de proyecto en la Universidad de Gotinga. "Teníamos que llevarlos a cabo en vacío ultra alto para mantener la superficie de grafeno perfectamente limpia".Los científicos también tuvieron que usar una gran cantidad de sistemas láser para preparar los átomos de hidrógeno antes del experimento y detectarlos después de la colisión. Según Bünermann, el excelente personal técnico en los talleres en el MPI para Química Biofísica y en la Universidad de Gotingafueron esenciales para el éxito del proyecto.
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Materiales proporcionado por Universidad de Gotinga . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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