03.01.2020 - Universität Basel

Materiales 2D: disposición de los átomos medidos en silicona

El Siliceno consiste en una sola capa de átomos de silicio. En contraste con el material ultra plano graphene, que está hecho de carbono, el silicio muestra irregularidades en la superficie que influyen en sus propiedades electrónicas. Ahora, los físicos de la Universidad de Basilea han podido determinar con precisión esta estructura ondulada. Tal y como se informa en la revista PNAS, su método también es adecuado para analizar otros materiales bidimensionales.

Un microscopio de fuerza atómica de baja temperatura con un solo átomo de carbono en la punta permite la medición cuantitativa de las fuerzas entre la muestra y la punta. Con el silicio bidimensional (silicio), se puede determinar cuantitativamente el pandeo de la superficie. (Imagen: Universidad de Basilea, Departamento de Física)

Desde la producción experimental del grafeno, los materiales bidimensionales han estado en el centro de la investigación de materiales. Al igual que el carbono, una sola capa de átomos alveolares puede estar hecha de silicio. Este material, conocido como silicio, tiene una rugosidad atómica, en contraste con el grafeno, ya que algunos átomos están a un nivel más alto que otros.

Silicona no completamente plana

Ahora, el equipo de investigación, dirigido por el profesor Ernst Meyer del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, ha logrado representar cuantitativamente estas diminutas diferencias de altura y detectar la diferente disposición de los átomos que se mueven en un rango de menos de un angstrom, es decir, menos de una 10 millonésima de milímetro.

"Utilizamos la microscopía de fuerza atómica de baja temperatura con una punta de monóxido de carbono", explica el Dr. Rémy Pawlak, que desempeñó un papel principal en los experimentos. La espectroscopia de fuerza permite la determinación cuantitativa de las fuerzas entre la muestra y la punta. De esta manera, se puede detectar la altura en relación con la superficie y se pueden identificar químicamente los átomos individuales. Las mediciones muestran una excelente concordancia con las simulaciones realizadas por los socios del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM).

Diferentes propiedades electrónicas

Esta irregularidad, conocida como pandeo, influye en las propiedades electrónicas del material. A diferencia del grafeno, que es conocido por ser un excelente conductor, en una superficie de plata el silicio se comporta más como un semiconductor. "En el silicio, la perfecta estructura de panal se ve alterada. Esto no es necesariamente una desventaja, ya que podría conducir a la aparición de fenómenos cuánticos interesantes, como el efecto de sala de rotación cuántica", dice Meyer.

El método desarrollado por los investigadores de Basilea ofrece nuevas perspectivas en el mundo de los materiales bidimensionales y la relación entre estructura y propiedades electrónicas.

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