La perfección no lo es todo, según un equipo internacional de investigadores cuyo estudio de materiales bidimensionales muestra que los defectos pueden mejorar las propiedades físicas, electroquímicas, magnéticas, energéticas y catalíticas de un material.
"Los dispositivos electrónicos, como los transistores, generalmente están hechos de capas apiladas relativamente voluminosas de metal, óxidos y semiconductores cristalinos", dijo Shengxi Huang, profesor asistente de ingeniería eléctrica, Penn State. "Nos gustaría hacerlos con dos dimensionesmateriales para que puedan ser más rápidos, más pequeños y más flexibles ".
Para hacer esto, los investigadores están analizando las capas atómicas individuales de sulfuro de molibdeno. Informan los resultados de su investigación en un número reciente de ACS Nano .
El sulfuro de molibdeno es una molécula compuesta por un átomo de molibdeno con dos átomos de azufre unidos. Las moléculas se alinean con el molibdeno en el medio y los átomos de azufre en la parte superior e inferior al formar una película 2-D de una sola capa.Estas películas se colocaron en una variedad de sustratos: oro, grafeno de una sola capa, nitruro de boro hexagonal y dióxido de cerio, y se irradiaron para crear defectos en la estructura reticular.
La creación de materiales 2-D no es un proceso de fabricación perfecto y los defectos siempre están presentes en la red. Los investigadores querían determinar cómo esos defectos cambiaban las propiedades físicas y electroquímicas del sulfuro de molibdeno. La irradiación hace que se pierda parte del sulfuro de molibdenoun átomo de azufre de la superficie. Utilizando estas películas menos que perfectas, los investigadores pudieron ver cómo cambiaron los materiales utilizando una variedad de microscopias y espectroscopias.
Las simulaciones de defectos en la red permitieron a los investigadores manipular los materiales y producir estructuras que coincidieran con las películas defectuosas experimentalmente. Descubrieron que los resultados de las propiedades de los materiales de sus simulaciones coincidían con sus resultados experimentales.
"Descubrimos que los defectos de azufre mejoraron las características físicas del material", dijo Huang. "Al elegir las ubicaciones y la cantidad de defectos, deberíamos poder ajustar la estructura de la banda del material, mejorando sus capacidades electrónicas".
Experimentalmente, los investigadores encontraron que se pierden muchos más átomos de azufre que los átomos de molibdeno, porque el azufre está en las superficies y el molibdeno está protegido en el medio. También notaron que debido a que tantos átomos de azufre abandonan el material, los defectos causaronpor la ausencia de azufre, abruma cualquier efecto que pueda tener la ausencia de un molibdeno en la red.
Investigando cómo diferentes sustratos mejoraron o no mejoraron las propiedades del material bidimensional, los investigadores encontraron que "los sustratos pueden ajustar los niveles de energía electrónica en el sulfuro de molibdeno debido a la transferencia de carga en la interfaz".el sustrato también cambia las propiedades de la capa única bidimensional. El dióxido de cerio, debido a que es un óxido, alteró las propiedades eléctricas del material de manera diferente a los otros sustratos.
La electrónica más pequeña, más rápida y más flexible no es el único resultado posible de ajustar estos materiales 2-D.
"Si tenemos la cantidad correcta de vacantes de azufre, podemos mejorar los procesos químicos como la evolución del hidrógeno del agua", dijo Huang.
Los materiales como el sulfuro de molibdeno se usan como catalizadores en las reacciones químicas. Huang se refiere a la división del agua, un proceso utilizado para crear hidrógeno y oxígeno gaseoso a partir de agua líquida donde el sulfuro de molibdeno defectuoso podría mejorar el proceso y reducir las cantidades de energía ycostos necesarios y aumentar la cantidad de hidrógeno producido.
El molibdeno es un metal de transición y otros miembros de este grupo atómico también forman moléculas llamadas dichoslcogenuros. Estos incluyen tungsteno, niobio, circonio, titanio y tántalo y forman capas con azufre y otros calcogenuros como el selenio y el teluro. Otros dichoslcogenuros pueden serhecho en materiales 2-D y también puede ser sintonizable para mejorar sus propiedades.
También trabajaron en este proyecto Yan Yan, Xiang Ji, Kiran Adepalli, Xi Ling, Mildred Dresselhaus, Jing Kong y Bilge Yildiz del Instituto de Tecnología de Massachusetts; y Kedi Yin, Xinwei Wang y Jianmin Xue de la Universidad de Pekín.
La Fundación de Ciencias Naturales de China, el Departamento de Energía de EE. UU., La Agencia Internacional de Energía Atómica y la Fundación Nacional de Ciencias apoyaron este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por A'ndrea Elyse Messer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :