_ Grafenul crește – fizicienii găsește o modalitate de a-l vizualiza

Grafenul este unul dintre cele mai puternice materiale. În plus, este excepțional de bun la conducerea căldurii și a curenților electrici, ceea ce îl face unul dintre cele mai speciale și versatile materiale pe care le cunoaștem. Din toate aceste motive, descoperirea grafenului a fost distinsă cu Premiul Nobel pentru Fizică în 2010.

Cu toate acestea, multe proprietăți ale materialului și ale verilor săi sunt încă puțin înțelese - pentru simplu motiv că atomii din care sunt formați sunt foarte greu de observat. O echipă de cercetători de la Universitatea din Amsterdam și Universitatea din New York a găsit acum o modalitate surprinzătoare de a rezolva această problemă.

Materiale bidimensionale, constând dintr-un singur strat hipersubțire de cristal atomic, au atras multa atentie recent. Această atenție binemeritată se datorează în principal proprietăților lor neobișnuite, foarte diferite de omologii lor tridimensionali „în vrac”. Grafenul, cel mai faimos reprezentant, și multe alte materiale bidimensionale, sunt în prezent cercetate intens în laborator.

Poate surprinzător, cruciale pentru proprietățile speciale ale acestor materiale sunt defectele, locațiile în care se află structura cristalină. nu e perfect. Acolo, aranjarea ordonată a stratului de atomi este perturbată și coordonarea atomilor se modifică la nivel local.

În ciuda faptului că defectele s-au dovedit a fi cruciale pentru proprietățile unui material și sunt aproape întotdeauna fie prezente. sau adăugate intenționat, nu se știu multe despre cum se formează și cum evoluează în timp. Motivul este simplu: atomii sunt prea mici și se mișcă prea repede pentru a-i urma direct.

În efortul de a face observabile defectele materialelor asemănătoare grafenului, echipa de cercetători de la UvA -Institutul de Fizică și Universitatea din New York, au găsit o modalitate de a construi modele de grafen atomic de dimensiuni micrometrice. Pentru a realiza acest lucru, au folosit așa-numitele „particule petice”. Aceste particule – suficient de mari pentru a fi ușor vizibile la microscop, dar suficient de mici pentru a reproduce multe dintre proprietățile atomilor actuali – interacționează cu aceeași coordonare ca atomii din grafen și formează aceeași structură.

The cercetătorii au construit un sistem model și l-au folosit pentru a obține o perspectivă asupra defectelor, a formării și evoluției lor în timp. Rezultatele lor au fost publicate în Nature Communications.

Grafenul este format din atomi de carbon care au fiecare trei vecini, dispuși în binecunoscuta structură „fagure de miere”. Această structură specială este cea care conferă grafenului proprietățile sale mecanice și electronice unice. Pentru a obține aceeași structură în modelul lor, cercetătorii au folosit particule minuscule din polistiren, decorate cu trei pete chiar mai mici dintr-un material cunoscut sub numele de 3-(trimetoxisilil)propil sau TPM pe scurt.

Configurația. dintre patch-urile TPM au imitat coordonarea atomilor de carbon din rețeaua grafenului. Cercetătorii au făcut apoi plasturii atractive, astfel încât particulele să poată forma legături între ele, din nou în analogie cu atomii de carbon din grafen.

După ce au fost lăsate în pace câteva ore, când au fost observate la microscop, Particulele de „carbon simulat” s-au dovedit a se aranja într-adevăr într-o rețea de tip fagure. Cercetătorii au analizat apoi mai în detaliu defectele rețelei de grafen model. Ei au observat că și în acest sens modelul a funcționat: a arătat motive de defecte caracteristice care sunt cunoscute și din grafenul atomic.

Spre deosebire de grafenul real, observarea directă și timpul lung de formare a modelului le-a permis acum fizicienilor să urmărească aceste defecte încă de la începutul formării lor, până la integrarea în rețea.

Noul aspect asupra creșterii materialelor asemănătoare grafenului a condus imediat la noi cunoștințe despre aceste structuri bidimensionale. În mod neașteptat, cercetătorii au descoperit că cel mai frecvent tip de defect se formează deja în stadiile inițiale de creștere, când rețeaua nu este încă stabilită. Ei au observat, de asemenea, cum nepotrivirea rețelei este apoi „reparată” printr-un alt defect, ceea ce duce la o configurație stabilă a defectului, care fie rămâne, fie se vindecă foarte lent până la o rețea mai perfectă.

Astfel, sistemul model. nu numai că le permite cercetătorilor să reconstruiască rețeaua de grafen la o scară mai mare pentru tot felul de aplicații, dar observațiile directe permit, de asemenea, perspective asupra dinamicii atomice în această clasă de materiale. Deoarece defectele sunt esențiale pentru proprietățile tuturor materialelor subțiri din punct de vedere atomic, aceste observații directe în sistemele model ajută la elaborarea în continuare a omologilor atomici, de exemplu pentru aplicații în materiale ultra-ușoare și dispozitive optice și electronice.

Descoperirile. sunt publicate în Nature Communications.

(Fluierul)