Los átomos hacen cosas extrañas cuando se ven obligados a salir de sus zonas de confort. Los ingenieros de la Universidad de Rice han pensado en una nueva forma de darles un impulso.
El teórico de materiales Boris Jacobson y su equipo de la Escuela de Ingeniería George R. Brown en Rice tienen la teoría de que cambiar la circunferencia de una capa de un material bidimensional y, por lo tanto, cambiar las relaciones entre sus átomos, puede ser más fácil de lo que se pensaba. .
Mientras que otros retuercen capas 2D (dos capas apiladas juntas) de grafeno y similares para alterar la estructura, los investigadores de Rice sugieren a través de modelos computacionales que cultivar o sellar materiales 2D de una sola capa en una superficie ondulada cuidadosamente diseñada lograría «un nivel de calidad sin precedentes». control» sobre sus propiedades magnéticas y electrónicas.
Dicen que este descubrimiento abre un camino para explorar múltiples efectos corporales y las interacciones entre múltiples partículas microscópicas, incluidos los sistemas cuánticos.
El artículo de Jakobson y dos ex alumnos, el coautor principal Sunny Gupta y Henry Yu, de su laboratorio en Comunicaciones de la naturaleza.
Los investigadores se inspiraron en descubrimientos recientes de que torcer o distorsionar materiales 2D como el grafeno bicapa en «ángulos mágicos» provoca interesantes fenómenos electrónicos y magnéticos, incluida la superconductividad.
Sus modelos muestran que, en lugar de pandearse, simplemente estampar o hacer crecer un material 2D como el nitruro de boro hexagonal (hBN) en una superficie con baches deforma naturalmente la red del material, lo que le permite formar campos seudoeléctricos y seudomagnéticos y posiblemente exhibir ricos efectos físicos similares a los presentes en material trenzado.
Flat hBN es un aislante, pero los investigadores descubrieron que forzar los átomos en su modelo crea estructuras de rayas, convirtiéndolos efectivamente en un semiconductor.
La ventaja de su estrategia, dijo Gupta, es que la deformación es altamente controlable por las protuberancias de la superficie, ya que los sustratos se pueden diseñar con precisión mediante la litografía por haz de electrones. «Esto también permitiría alterar de forma controlada los estados electrónicos y los efectos cuánticos mediante el diseño de sustratos con una topografía diferente», dijo.
Dado que la carga se puede manipular para que fluya en una dirección, el camino que sigue es típico de los sistemas 1D. Esto podría usarse para explorar las propiedades de los sistemas cuánticos unidimensionales a los que no se puede acceder mediante el grafeno retorcido, dijo Jakobson.
“Imagine una carretera de un solo carril donde los automóviles solo pueden moverse en una dirección”, dijo Gupta. “El automóvil no puede adelantar al automóvil que tiene delante, por lo que el tráfico solo se moverá cuando todos los automóviles se muevan en masa.
«Este no es el caso en 2D o cuando tienes múltiples caminos, donde los autos, o los electrones, pueden pasar», dijo. «Al igual que los automóviles, los electrones en un sistema 1D fluirán colectivamente en lugar de individualmente. Esto hace que los sistemas 1D sean especiales para la física rica por descubrir».
Sería mucho más fácil fabricar un sustrato resistente con un haz de electrones que torcer capas 2D de grafeno u otras estructuras heterogéneas como hBN a menos de un grado de resolución, dijo Gupta.
Además, uno puede realizar estados cuánticos unidimensionales, a los que normalmente no se puede acceder retorciendo las capas bidimensionales, dijo. «Esto permitirá la exploración de los efectos físicos en 1D que hasta ahora han permanecido en gran parte esquivos».
Jakobson es el Profesor de Ingeniería Karl F. Engineering. Haselman es profesor de ciencia de los materiales, nanoingeniería y química.
La Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. (W911NF-16-1-0255) y la Oficina de Investigación Naval (N00014-18-1-2182) apoyaron la investigación. Los recursos informáticos fueron proporcionados por la Instalación XSEDE de la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia:
Materiales Introducción de Universidad de arroz. Original de Mike Williams. Nota: El contenido puede modificarse según el estilo y la extensión.