31.01.2020 - Universität Duisburg-Essen

Desde el cristal 2D hasta el cable 1D

Comportamiento inesperado del material

No hay volumen, ni siquiera una superficie: un material unidimensional es como un alambre y tiene propiedades completamente diferentes a su contraparte tridimensional. Los físicos de la Universidad de Duisburg-Essen (UDE) han descubierto ahora un sistema que, a temperaturas más cálidas, forma cables autoorganizados que consisten en una sola fila de átomos individuales.

"Los sistemas de baja dimensión están de moda", según el profesor Michael Horn-von Hoegen, físico experimental del Centro de Investigación en Colaboración de la UDE 1242 "Dinámica del no equilibrio de la materia condensada en el dominio del tiempo". Al restringir un sistema de tres dimensiones a sólo una se crea la posibilidad de descubrir nuevas propiedades en el material.

Por lo tanto, los científicos utilizaron superficies escalonadas para permitir que los alambres atómicos se formaran de forma auto-organizada cortando un cristal de silicio en un ángulo de 12 grados. El pulido cuidadoso produce pasos uniformes con una altura de exactamente un átomo - como en el intento de construir un plano inclinado usando sólo ladrillos de Lego del mismo tamaño. Los bordes de los escalones están formados por átomos de silicio, con dos filas de átomos de oro depositados detrás de ellos.

El cambio de los átomos

Los investigadores están ahora interesados en uno de cada tres átomos de silicio en esta fila del borde, porque tiene propiedades especiales: A temperaturas muy bajas, estos átomos están dispuestos en una red regular (vista a través de los escalones), es decir, en una estructura cristalina bidimensional. Y ahora se añade el calor, un término que es bastante elástico en la física: de los -223°C anteriores, el sistema se calienta ahora a unos -123°C. Esta energía térmica hace que las distancias regulares entre los átomos especiales de silicio se rompan. Ahora están a veces a dos, a veces a cuatro átomos de distancia.

De esta manera, se forman cadenas independientes de átomos, que corren a lo largo de los bordes de los escalones. El hecho de que los físicos puedan explicar este fenómeno en detalle hoy en día se debe en gran parte al teórico Prof. Björn Sothmann: Sus cálculos explicaron lo que el experimento puro no pudo revelar.

"Aquí, algo nuevo surge casi de la nada", resume Horn-von Hoegen. Y el resultado también contradice las expectativas anteriores: "Orden 2D a bajas temperaturas, estructuras unidimensionales cuando se calienta; no se obtiene este tipo de cosas de ningún otro material. Ahora queremos averiguar si esto también se aplica a otros sistemas, tal vez incluso a temperatura ambiente".

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