Nadie puede disparar una bala de pistola a través de un plátano de tal manera que se perfore la piel, pero el plátano permanece intacto. Sin embargo, en el nivel de las capas atómicas individuales, ahora se ha logrado tal hazaña: un método de nanoestructuraciónha sido desarrollado en TU Wien Viena, con el que ciertas capas de material se pueden perforar con extrema precisión y otras dejar completamente intactas, aunque el proyectil penetra todas las capas. Esto es posible con la ayuda de iones altamente cargados.utilizado para procesar selectivamente las superficies de nuevos sistemas de materiales 2D, por ejemplo, para anclar ciertos metales en ellos, que luego pueden servir como catalizadores. El nuevo método se ha publicado ahora en la revista ACS Nano .
Nuevos materiales a partir de capas ultrafinas
Los materiales que se componen de varias capas ultradelgadas se consideran un nuevo y emocionante campo de investigación de materiales. Desde que se produjo por primera vez el grafeno de material de alto rendimiento, que consta de una sola capa de átomos de carbono, muchos nuevosSe han desarrollado materiales de película, a menudo con nuevas propiedades prometedoras.
"Investigamos una combinación de grafeno y disulfuro de molibdeno. Las dos capas de material se ponen en contacto y luego se adhieren entre sí mediante fuerzas débiles de van der Waals", dice la Dra. Janine Schwestka del Instituto de Física Aplicada de TU WIeny primer autor de la publicación actual. "El grafeno es un muy buen conductor, el disulfuro de molibdeno es un semiconductor, y la combinación podría ser interesante para la producción de nuevos tipos de dispositivos de almacenamiento de datos".
Sin embargo, para ciertas aplicaciones, la geometría del material debe procesarse específicamente en una escala de nanómetros, por ejemplo, para cambiar las propiedades químicas agregando tipos adicionales de átomos o para controlar las propiedades ópticas de la superficie. "Hay diferentes métodos para esto", explica Janine Schwestka. "Puede modificar las superficies con un haz de electrones o con un haz de iones convencional. Con un sistema de dos capas, sin embargo, siempre existe el problema de que el haz afecta tantocapas al mismo tiempo, incluso si se supone que solo una de ellas debe modificarse.
dos tipos de energía
Cuando se usa un haz de iones para tratar una superficie, generalmente es la fuerza del impacto de los iones lo que afecta al material. En TU Wien, sin embargo, se usan iones relativamente lentos, que tienen carga múltiple. "Dos formas diferentesde energía debe distinguirse aquí ", explica el profesor Richard Wilhelm." Por un lado, está la energía cinética, que depende de la velocidad a la que los iones impactan en la superficie. Por otro lado, está la energía potencial, que está determinada por la carga eléctrica de los iones. Con los haces de iones convencionales, la energía cinética juega un papel decisivo, pero para nosotros la energía potencial es particularmente importante. "
Existe una diferencia importante entre estas dos formas de energía: mientras que la energía cinética se libera en ambas capas del material al penetrar en el sistema de capas, la energía potencial se puede distribuir de manera muy desigual entre las capas: "El disulfuro de molibdeno reacciona muy fuertemente alos iones altamente cargados ", dice Richard Wilhelm." Un solo ion que llega a esta capa puede eliminar docenas o cientos de átomos de la capa. Lo que queda es un agujero, que se puede ver muy claramente con un microscopio electrónico ". La capa de grafeno, por otro lado, que el proyectil golpea inmediatamente después, permanece intacta: la mayor parte de la energía potencial ya se ha liberado.
El mismo experimento también se puede revertir, de modo que el ion altamente cargado primero golpee el grafeno y solo luego la capa de disulfuro de molibdeno. En este caso, ambas capas permanecen intactas: el grafeno proporciona al ion los electrones necesarios para neutralizarlo eléctricamente.en una pequeña fracción de segundo. La movilidad de los electrones en el grafeno es tan alta que el punto de impacto también se "enfría" inmediatamente. El ión cruza la capa de grafeno sin dejar un rastro permanente. Después, ya no puede causarmucho daño en la capa de bisulfuro de molibdeno.
"Esto nos proporciona ahora un método nuevo y maravilloso para manipular superficies de manera específica", dice Richard Wilhelm. "Podemos agregar nano-poros a las superficies sin dañar el material del sustrato debajo. Esto nos permite crear estructuras geométricas que fueronantes imposible ". De esta manera, se podrían crear" máscaras "a partir de bisulfuro de molibdeno perforadas exactamente como se desea, sobre las que luego se depositan ciertos átomos metálicos. Esto abre posibilidades completamente nuevas para controlar las propiedades químicas, electrónicas y ópticas de la superficie.
"Estamos muy contentos de que nuestras excelentes colaboraciones a través del TU Doctoral College TU-D hayan podido contribuir significativamente a estos resultados", dice Janine Schwestka, quien fue miembro del TU-D durante más de tres años.Además, distingue a Viena como un lugar para la ciencia y la investigación que pudimos establecer contactos con la Universidad de Viena a través de distancias cortas para profundizar nuestra experiencia conjunta y complementarnos metódicamente ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Original escrito por Florian Aigner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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