El fosfano bidimensional, un material conocido como fosforeno, tiene una aplicación potencial como material para transistores semiconductores en computadoras cada vez más rápidas y más potentes. Pero hay un problema. Muchas de las propiedades útiles de este material, como su capacidad para conducir electrones, son anisotrópicos, lo que significa que varían según la orientación del cristal. Ahora, un equipo que incluye investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer RPI ha desarrollado un nuevo método para determinar de forma rápida y precisa esa orientación utilizando las interacciones entre la luz y los electrones dentro del fosforeno yotros cristales de fósforo negro de espesor de átomos.
El fosforeno, una sola capa de átomos de fósforo, se aisló por primera vez en 2014, lo que permitió a los físicos comenzar a explorar sus propiedades de manera experimental y teórica. Vincent Meunier, jefe del Departamento de Física, Física Aplicada y Astronomía de Rensselaer, yun líder del equipo que desarrolló el nuevo método, publicó su primer artículo sobre el material, confirmando la estructura del fosforeno, en ese mismo año.
"Este es un material realmente interesante porque, dependiendo de la dirección en la que hagas las cosas, tienes propiedades completamente diferentes", dijo Meunier, miembro del Centro Rensselaer para Materiales, Dispositivos y Sistemas Integrados cMDIS ". Pero porquees un material tan nuevo, es esencial que comencemos a comprender y predecir sus propiedades intrínsecas ".
Meunier e investigadores de Rensselaer contribuyeron al modelado teórico y la predicción de las propiedades del fosforeno, basándose en la supercomputadora Rensselaer, el Centro de Innovaciones Computacionales CCI, para realizar cálculos. A través del Rensselaer cMDIS, Meunier y su equipo puedenpara desarrollar el potencial de nuevos materiales como el fosforeno para servir en las futuras generaciones de computadoras y otros dispositivos. La investigación de Meunier ejemplifica el trabajo que se realiza en The New Polytechnic, abordando desafíos globales difíciles y complejos, la necesidad de una colaboración interdisciplinaria y verdadera, y lauso de las últimas herramientas y tecnologías, muchas de las cuales se desarrollan en Rensselaer.
En su investigación, que aparece en letras Nano ACS , el equipo inicialmente se propuso refinar una técnica existente para determinar la orientación del cristal. Esta técnica, que aprovecha la espectroscopía Raman, utiliza un láser para medir las vibraciones de los átomos dentro del cristal a medida que la energía se mueve a través de él, causópor interacciones electrón-fonón. Al igual que otras interacciones, las interacciones electrón-fonón dentro de cristales de fósforo negro de espesor de átomos son anisotrópicos y, una vez medidos, se han utilizado para predecir la orientación del cristal.
Al revisar sus resultados iniciales de la espectroscopía Raman, el equipo notó varias inconsistencias. Para investigar más a fondo, obtuvieron imágenes reales de la orientación de sus cristales de muestra usando Microscopía Electrónica de Transmisión TEM, y luego las compararon con los resultados de la espectroscopía Raman.Como técnica topográfica, TEM ofrece una determinación definitiva de la orientación del cristal, pero no es tan fácil de obtener como los resultados de Raman. La comparación reveló que las interacciones electrón-fonón por sí solas no predecían con precisión la orientación del cristal.la razón por la que condujo a otra anisotropía de fosforeno: la interacción entre los fotones de luz y los electrones en el cristal.
"En Raman usas un láser para impartir energía en el material, y comienza a vibrar de manera intrínseca al material y que, en el fosforeno, es anisotrópico", dijo Meunier. "Pero resulta que sisi brillas la luz en diferentes direcciones, obtienes resultados diferentes, porque la interacción entre la luz y los electrones en el material, la interacción electrón-fotón, también es anisotrópica, pero de una manera no proporcional ".
Meunier dijo que el equipo tenía razones para creer que el fosforeno era anisotrópico con respecto a las interacciones electrón-fotón, pero no anticipó la importancia de la propiedad.
"Por lo general, la anisotropía electrón-fotón no hace una gran diferencia, pero aquí, porque tenemos una química tan particular en la superficie y una anisotropía tan fuerte, es uno de esos materiales donde hace una gran diferencia", Meunierdijo.
Aunque el descubrimiento reveló una falla en las interpretaciones de los espectros Raman que dependen de las interacciones electrón-fonón, también reveló que las interacciones electrón-fotón por sí solas proporcionan una determinación precisa de la orientación del cristal.
"Resulta que no es tan fácil usar las vibraciones Raman para encontrar la dirección del cristal", dijo Meunier. "Pero, y esto es lo hermoso, lo que encontramos es que la interacción electrón-fotón quepuede medirse registrando la cantidad de luz absorbida la interacción entre los electrones y el láser es un buen predictor de la dirección. Ahora realmente puede predecir cómo se comportará el material en función de la excitación con un estímulo externo"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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