22.06.2021 - Universität Wien

La adaptación a escala atómica del grafeno se acerca al mundo macroscópico

"Estamos entusiasmados con la perspectiva de crear nuevos materiales diseñados a partir del nivel atómico, basados en este método"

Las propiedades de los materiales se definen a menudo por las imperfecciones de su estructura atómica, especialmente cuando el propio material tiene un solo átomo de grosor, como el grafeno. Investigadores de la Universidad de Viena han desarrollado ahora un método para la creación controlada de tales imperfecciones en el grafeno a escalas de longitud que se aproximan al mundo macroscópico. Estos resultados, confirmados por imágenes de microscopio de resolución atómica y publicados en la revista Nano Letters, constituyen un punto de partida esencial tanto para adaptar el grafeno a sus aplicaciones como para el desarrollo de nuevos materiales.

El grafeno está formado por átomos de carbono dispuestos en forma de alambre de pollo. Este material de un átomo de grosor es famoso por sus numerosas y extraordinarias propiedades, como su extrema resistencia y su notable capacidad para conducir la electricidad. Desde su descubrimiento, los investigadores han buscado formas de adaptar el grafeno mediante la manipulación controlada de su estructura atómica. Sin embargo, hasta ahora, estas modificaciones sólo se habían confirmado a nivel local, debido a las dificultades que plantean la obtención de imágenes de resolución atómica de grandes muestras y el análisis de grandes conjuntos de datos.

Ahora, un equipo en torno a Jani Kotakoski, de la Universidad de Viena, junto con Nion Co., ha combinado un montaje experimental construido en torno a un microscopio Nion UltraSTEM 100 de resolución atómica y nuevos enfoques para la obtención de imágenes y el análisis de datos mediante el aprendizaje automático para llevar el control a escala atómica del grafeno a tamaños de muestra macroscópicos.

El experimento comienza con la limpieza del grafeno mediante irradiación láser, tras lo cual se modifica de forma controlada mediante irradiación de iones de argón de baja energía. Tras transferir la muestra al microscopio bajo vacío, se obtienen imágenes con resolución atómica mediante un algoritmo automático. Las imágenes grabadas se pasan a una red neuronal que reconoce la estructura atómica proporcionando una visión global de la alteración a escala atómica de la muestra.

"La clave del éxito del experimento fue la combinación de nuestro exclusivo montaje experimental con los nuevos algoritmos automatizados de obtención de imágenes y aprendizaje automático", afirma Alberto Trentino, autor principal del estudio. "El desarrollo de todas las piezas necesarias fue un verdadero esfuerzo de equipo, y ahora se pueden utilizar fácilmente para los experimentos de seguimiento", continúa. De hecho, tras esta modificación a escala atómica confirmada del grafeno en una gran superficie, los investigadores ya están ampliando el método para emplear las imperfecciones estructurales creadas para anclar átomos de impureza a la estructura. "Nos entusiasma la perspectiva de crear nuevos materiales diseñados a partir del nivel atómico, basándonos en este método", concluye Jani Kotakoski, líder del equipo de investigación.

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