El crecimiento de los nanoagujeros es visible por primera vez gracias a la dispersión del helio
Los científicos pudieron observar y documentar por primera vez el crecimiento del nitruro de boro hexagonal
Los materiales 2D atómicamente finos para aplicaciones en microelectrónica o nanotecnología se cultivan mediante la descomposición del gas en una superficie metálica caliente. Debido a las altas temperaturas y a la rápida transformación del gas, es muy difícil observar este proceso.
El gráfico y el artículo de Anton Tamtögl y su equipo llegaron incluso a la portada de Nanoscale Horizons.
Technische Universität Graz
Ahora, investigadores de la Universidad Técnica de Graz han unido sus fuerzas a las de sus colegas de la Universidad de Surrey para formar un equipo que combina con éxito la teoría y el experimento, y han podido observar y documentar por primera vez el crecimiento del nitruro de boro hexagonal. El nitruro de boro hexagonal se utiliza principalmente en microelectrónica y nanotecnología, fotónica y electrónica de potencia, en pilas de combustible y como dieléctrico para transistores de efecto de campo.
Nanoporos ordenados regularmente
El grupo dirigido por Anton Tamtögl, del Instituto de Física Experimental de la Universidad Técnica de Graz, observó el crecimiento mediante espectroscopia de helio, una técnica analítica muy sensible que permite investigar las superficies de los materiales y las reacciones que tienen lugar en ellas con un nivel de detalle y una resolución temporal hasta ahora inalcanzables. Incluso los movimientos rápidos de los átomos y las moléculas en las superficies de los cristales -incluidos los movimientos cuánticos de los protones y la difusión balística de las moléculas- pueden estudiarse de este modo.
En su experimento con el h-BN, obtuvieron resultados inesperados: El nitruro de boro hexagonal tiene una estructura cristalina 2D en forma de panal idéntica a la del grafeno. Sin embargo, en lugar de átomos de carbono, el hexágono tiene átomos de boro y nitrógeno alternados. Durante el proceso de crecimiento, los científicos vieron que la estructura ordenada del h-BN surge de agujeros dispuestos regularmente, los llamados nanoporos. Es la primera vez que se identifica esta estructura abierta y se observa su función durante el crecimiento del h-BN.
"Nos sorprendió que, en lugar del patrón de difracción esperado del nitruro de boro hexagonal, las mediciones mostraran una estructura completamente diferente, que ahora asignamos a una nueva fase del h-BN", explica Anton Tamtögl, que dirigió el experimento. "Encontrar una nueva fase para un material 2D tan conocido y tecnológicamente importante es como descubrir una especie completamente nueva de mariposa en tu propio patio", añade Adrian Ruckhofer, que está realizando los experimentos como parte de su tesis doctoral.
Experimento combinado con cálculo químico cuántico
Al estar tan sorprendidos por sus resultados, los investigadores de la Universidad Técnica de Graz buscaron la ayuda de la teoría y quisieron confirmar que sus observaciones eran incluso computacionalmente posibles. Marco Sacchi, de la Universidad de Surrey, realizó entonces los cálculos de química cuántica con el superordenador nacional ARCHER2 y confirmó que la estructura observada es también la preferida inequívocamente desde el punto de vista matemático. "Hemos demostrado que la combinación de experimentos y cálculos químicos cuánticos puede aportar nuevos e importantes conocimientos sobre el crecimiento de los materiales 2D", afirma Marco Sacchi: "Y ya estamos planeando utilizar nuestro método para estudiar el crecimiento de otros materiales 2D."
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