Los materiales bidimensionales como el grafeno, que consisten en solo una o unas pocas capas atómicas, han sido un aspecto muy prometedor de la ciencia de los materiales en los últimos años. Demuestran propiedades notables que abren posibilidades técnicas completamente nuevas, desde la tecnología de sensores hastacélulas solares.
Sin embargo, hay un fenómeno importante que hasta ahora no se podía medir con precisión: las tensiones y tensiones internas extremas a las que pueden estar sujetos dichos materiales, que a menudo alteran drásticamente las propiedades físicas del material. TU Wien ahora ha medido con éxito estas distorsionesen materiales 2D a nivel microscópico, lo que significa que ahora es posible observar con precisión punto por punto cómo se pueden alterar las propiedades de un material como resultado de una distorsión simple. Estos nuevos métodos de medición se han publicado en la revista especializada Comunicaciones de la naturaleza.
estiramiento y compresión
Cuando un material se estira o comprime, la distancia entre los átomos individuales cambia, y esta distancia influye en las propiedades electrónicas del material. Este fenómeno se ha utilizado en la tecnología de semiconductores durante años: los cristales de silicio, por ejemplo, puedencrecer para que estén permanentemente bajo tensión mecánica interna.
Sin embargo, los materiales bidimensionales, que consisten solo en una capa ultradelgada, ofrecen un potencial mucho mayor: "Un cristal puede estirarse quizás un uno por ciento antes de romperse. Con materiales 2D, es posible una deformación del diez o veinte por ciento", dice el profesor Thomas Müller, del Instituto de Fotónica Facultad de Ingeniería Eléctrica y Tecnología de la Información de TU Wien. Dependiendo de la deformación y las tensiones mecánicas presentes en el material, las propiedades electrónicas pueden cambiar por completo, como la capacidad de los electrones.para absorber la luz entrante
"Hasta ahora, si quería medir las tensiones presentes en este tipo de material tenía que confiar en métodos de medición extremadamente complicados", explica Lukas Mennel TU Wien, autor principal de la publicación. Por ejemplo, podría observarutilizando un microscopio electrónico de transmisión, mida la distancia promedio entre los átomos y luego deduzca cualquier estiramiento o compresión a partir de eso. En TU Wien, este proceso ahora se ha hecho mucho más simple y preciso.
luz roja, luz azul apagada
Aquí, se utiliza un efecto notable llamado duplicación de frecuencia: "Si irradia materiales específicos, en nuestro caso una capa de disulfuro de molibdeno, con un rayo láser adecuado, el material puede reflejar la luz de fondo de un color diferente", explicaThomas Müller. Dos fotones en el rayo láser entrante se combinan para formar un fotón con el doble de energía, que se emite desde el material.
Sin embargo, la intensidad de este efecto depende de la simetría interna del material. Por lo general, el disulfuro de molibdeno tiene una estructura en forma de panal, es decir, simetría hexagonal. Si el material se estira o comprime, esta simetría está ligeramente distorsionada, y estoLa pequeña distorsión tiene un efecto dramático en la intensidad de la luz reflejada desde el material.
Si coloca una capa de disulfuro de molibdeno sobre una microestructura, como colocar una manta de goma sobre un marco de escalada, el resultado es un patrón complejo de distorsiones locales. Ahora puede usar un láser para escanear el punto material por punto y así obtenerun mapa detallado de estos estiramientos y compresiones. "Al hacerlo, no solo podemos medir la gravedad de estas deformaciones, sino que también podemos ver la dirección exacta en la que corren", explica Lukas Mennel.
Estos métodos de imágenes ahora se pueden utilizar para el ajuste local y dirigido de las propiedades del material. "Por ejemplo, las deformaciones de material personalizadas en las células solares podrían garantizar que los portadores de carga gratuita se difundan en la dirección correcta lo más rápido posible", dice ThomasMüller: esta investigación sobre materiales en 2D significa que ahora hay disponible una herramienta nueva y poderosa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena, TU Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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