El descubrimiento del material grafeno, que consta de una sola capa de átomos de carbono, fue la señal de partida para una carrera global: hoy en día, se producen los llamados "materiales 2D", hechos de diferentes tipos de átomos. Capas atómicamente delgadasque a menudo tienen propiedades de material muy especiales que no se encuentran en materiales convencionales más gruesos.
Ahora se agrega otro capítulo a este campo de investigación: si dos de estas capas 2D se apilan en el ángulo correcto, surgen aún más posibilidades nuevas. La forma en que los átomos de las dos capas interactúan crea patrones geométricos intrincados, y estosLos patrones tienen un impacto decisivo en las propiedades del material, como ha podido demostrar un equipo de investigación de TU Wien y la Universidad de Texas Austin. Los fonones, las vibraciones reticulares de los átomos, están significativamente influenciados por el ángulo enque las dos capas de material se colocan una encima de la otra. Por lo tanto, con pequeñas rotaciones de dicha capa, se pueden cambiar significativamente las propiedades del material.
El efecto Moiré
La idea básica se puede probar en casa con dos hojas de mosquiteras, o con cualquier otra malla regular que se pueda colocar una encima de la otra: si ambas cuadrículas son perfectamente congruentes una encima de la otra, difícilmente se puede decirdesde arriba, ya sea una o dos cuadrículas. La regularidad de la estructura no ha cambiado.
Pero si ahora gira una de las cuadrículas en un ángulo pequeño, hay lugares donde los puntos de cuadrícula de las mallas coinciden aproximadamente, y otros lugares donde no lo hacen. De esta manera, surgen patrones interesantes, ese es el conocidoefecto muaré.
"Puede hacer exactamente lo mismo con las redes atómicas de dos capas de material", dice el Dr. Lukas Linhart del Instituto de Física Teórica de TU Wien. Lo notable es que esto puede cambiar drásticamente ciertas propiedades de los materiales, porPor ejemplo, el grafeno se convierte en un superconductor si dos capas de este material se combinan de la manera correcta.
"Estudiamos capas de bisulfuro de molibdeno, que, junto con el grafeno, es probablemente uno de los materiales 2D más importantes", dice el profesor Florian Libisch, quien dirigió el proyecto en TU Wien. "Si coloca dos capas de este material enuna encima de la otra, las llamadas fuerzas de Van der Waals ocurren entre los átomos de estas dos capas. Estas son fuerzas relativamente débiles, pero lo suficientemente fuertes como para cambiar completamente el comportamiento de todo el sistema ".
En elaboradas simulaciones por computadora, el equipo de investigación analizó el estado mecánico cuántico de la nueva estructura de dos capas causada por estas débiles fuerzas adicionales, y cómo esto afecta las vibraciones de los átomos en las dos capas.
El ángulo de rotación importa
"Si tuerce un poco las dos capas una contra la otra, las fuerzas de Van der Waals hacen que los átomos de ambas capas cambien un poco sus posiciones", dice el Dr. Jiamin Quan, de UT Texas en Austin.experimentos en Texas, que confirmaron los resultados de los cálculos: el ángulo de rotación se puede usar para ajustar qué vibraciones atómicas son físicamente posibles en el material.
"En términos de ciencia de materiales, es importante tener control sobre las vibraciones de los fonones de esta manera", dice Lukas Linhart "El hecho de que las propiedades electrónicas de un material 2D se pueden cambiar uniendo dos capas juntas ya se conocía antes. Pero el hecho de que las oscilaciones mecánicas en el material también puedan ser controladas por esto ahora nos abre nuevas posibilidades. Los fonones y las propiedades electromagnéticas están estrechamente relacionados. Por lo tanto, a través de las vibraciones en el material, uno puede intervenir en importantes efectos de muchos cuerposde manera controladora ". Después de esta primera descripción del efecto de los fonones, los investigadores ahora están tratando de describir fonones y electrones combinados, con la esperanza de aprender más sobre fenómenos importantes como la superconductividad.
El efecto Moiré material-físico hace que el ya rico campo de investigación de materiales 2D sea aún más rico, y aumenta las posibilidades de continuar encontrando nuevos materiales en capas con propiedades previamente inalcanzables y permite el uso de materiales 2D como una plataforma experimental para bastantepropiedades fundamentales de los sólidos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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