Se encuentran entre las estructuras más delgadas de la Tierra:los "materiales bidimensionales" son cristales que constan de solo una o unas pocas capas de átomos. A menudo muestran propiedades inusuales, promete muchas aplicaciones nuevas en optoelectrónica y tecnología energética. Uno de estos materiales es el sulfuro de 2-D-molibdeno, una capa atómicamente delgada de átomos de molibdeno y azufre.

La producción de tales cristales ultrafinos es difícil. El proceso de cristalización depende de muchos factores diferentes. En el pasado, diferentes técnicas han dado resultados bastante diversos, pero las razones de esto no se pudieron explicar con precisión. Gracias a un nuevo método desarrollado por equipos de investigación de TU Wien, la Universidad de Viena y Joanneum Research en Estiria, por primera vez en la historia, ahora es posible observar el proceso de cristalización directamente bajo el microscopio electrónico. El método se ha presentado ahora en la revista científica. ACS Nano .

De gas a cristal

"El sulfuro de molibdeno se puede utilizar en células solares transparentes y flexibles o para generar hidrógeno de forma sostenible para el almacenamiento de energía, "dice el autor principal del estudio, Bernhard C. Bayer del Instituto de Química de Materiales de TU Wien. "Para hacer esto, sin embargo, Los cristales de alta calidad deben cultivarse en condiciones controladas ".

Por lo general, esto se hace partiendo de átomos en forma gaseosa y luego condensándolos en una superficie de forma aleatoria y no estructurada. En un segundo paso, los átomos están dispuestos en forma de cristal regular, a través del calentamiento, por ejemplo. "Las diversas reacciones químicas durante el proceso de cristalización son, sin embargo, aún no está claro, lo que hace que sea muy difícil desarrollar mejores métodos de producción para materiales 2-D de este tipo, "Afirma Bayer.

Gracias a un nuevo método, sin embargo, ahora debería ser posible estudiar con precisión los detalles del proceso de cristalización. "Esto significa que ya no es necesario experimentar mediante prueba y error, pero gracias a una comprensión más profunda de los procesos, podemos decir con certeza cómo obtener el producto deseado, "Agrega Bayer.

Grafeno como sustrato

Primero, El molibdeno y el azufre se colocan al azar en una membrana hecha de grafeno. El grafeno es probablemente el más conocido de los materiales 2-D:un cristal con un espesor de una sola capa de átomos que consta de átomos de carbono dispuestos en una red en forma de panal. Los átomos de molibdeno y azufre dispuestos al azar se manipulan luego en el microscopio electrónico con un haz de electrones fino. El mismo haz de electrones se puede utilizar simultáneamente para obtener imágenes del proceso e iniciar el proceso de cristalización.

De esa manera, ahora es posible por primera vez observar directamente cómo se mueven y reorganizan los átomos durante el crecimiento del material con un grosor de solo dos capas atómicas. "Al hacerlo, podemos ver que la configuración más estable termodinámicamente no necesariamente tiene que ser siempre el estado final, "Dice Bayer. Diferentes arreglos de cristales compiten entre sí, transformarse unos en otros y reemplazarse unos a otros. "Por lo tanto, Ahora está claro por qué las investigaciones anteriores tuvieron resultados tan dispares. Estamos ante un complejo proceso dinámico ". Los nuevos hallazgos ayudarán a adaptar la estructura de los materiales 2-D con mayor precisión a los requisitos de la aplicación en el futuro al interferir con los procesos de reordenamiento de manera específica.