¿Cómo sabes que es grafeno perfecto?

La respuesta ha estado ahí todo el tiempo

04.11.2019

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La producción de grafeno estructuralmente perfecto y otros materiales 2D es el secreto para aprovechar sus propiedades electrónicas y espintrónicas potenciales. Pero, ¿cómo sabemos si el grafeno, el material 2D más estudiado, es perfecto: una capa de átomos uniforme y libre de defectos?

Científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de los Estados Unidos han descubierto un indicador que demuestra de manera confiable la alta calidad de una muestra, y fue un indicador que estuvo oculto a plena vista durante décadas.

Los investigadores estaban investigando muestras de grafeno usando difracción de electrones de baja energía, una técnica comúnmente usada en física para estudiar la estructura cristalina de las superficies de materiales sólidos.

Lo que encontraron no siguió las reglas aceptadas de difracción.

"El descubrimiento es una paradoja", dijo Michael Tringides, un científico de alto nivel del Laboratorio Ames que investiga las propiedades únicas de los materiales y metales 2D cultivados en grafeno, grafito y otras superficies recubiertas de carbono. "La difracción de libro dice que cuanto más impecable es un material, más nítidos y claros son los puntos de difracción, y los materiales imperfectos tienen puntos de difracción de baja intensidad y más amplios."

Pero en el caso de muestras altamente uniformes de grafeno, los estudios de difracción no sólo mostraron los puntos agudos esperados, sino también una banda muy amplia de difracción difusa en el fondo.

"Ese resultado no es intuitivo ni muy extraño", dijo Tringides, "pero encontramos que este amplio patrón de difracción es una característica intrínseca del grafeno, y cuando lo tienes, tienes muy buen grafeno. Es una buena forma de medir cuantitativamente su perfección estructural".

Es más, este extraño patrón de difracción estaba presente y era visible en los últimos 25 años en las publicaciones de investigación sobre el grafeno, pero aún así era ignorado. "Era un fenómeno grande, notable y reproducible, y nos dimos cuenta de que debía ser extremadamente importante de alguna manera", dijo Tringides.

Mientras que se necesita más trabajo teórico para explicar completamente los hallazgos experimentales, los científicos creen que el fenómeno de difracción amplia es causado por el confinamiento de electrones de grafeno dentro de una sola capa de átomos. De acuerdo con los fundamentos de la mecánica cuántica, debido a que la posición normal de los electrones en la capa es conocida con precisión, su vector de onda debe tener una extensión, la cual es transferida a los electrones difractados. Este efecto es significativo también para otros tipos de materiales 2D. Con el continuo y creciente interés en los materiales 2D para una variedad de aplicaciones, la mejora de su calidad estructural será la clave para las nuevas tecnologías prometedoras, dijo Tringides.

"Este trabajo proporciona un paso importante hacia la capacidad de optimizar el grafeno y otros materiales 2D con precisión, y adaptar sus propiedades para aplicaciones específicas", dijo.

Publicación original:

"Diffraction paradox: An unusually broad diffraction background marks high quality graphene"; S. Chen, M. Horn von Hoegen, P. A. Thiel, and M. C. Tringides; Physical Review B; 2019

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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