Los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han creado una biblioteca completamente nueva de materiales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados, bautizado "ic-2-D, "para denotar una clase de materiales basados ​​en la autointercalación de átomos nativos en el espacio entre las capas de cristales.

Los materiales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados ofrecen una plataforma excelente para explorar una amplia gama de propiedades intrigantes en sistemas 2-D confinados. Sin embargo, El ajuste de la composición de los dicalcogenuros de metales de transición para fabricar nuevos materiales distintos de los compuestos binarios o ternarios estándar es un desafío. En el pasado, Los teóricos han intentado predecir nuevas propiedades basándose en la combinación de átomos en una estructura cristalina donde los átomos de metal y calcógeno se encuentran en sitios unidos covalentemente dentro del bloque de construcción básico (celda unitaria). Sin embargo, sus teorías no abordaron la situación en la que el mismo átomo de metal se encuentra entre dos celdas unitarias (llenando el vacío de van der Waals).

Ahora, equipos de investigación dirigidos por el profesor Kian Ping LOH del Departamento de Química, Facultad de Ciencias, NUS y el colaborador, el profesor Stephen J. PENNYCOOK del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería, NUS, han sintetizado y caracterizado por primera vez, un atlas de materiales ic-2-D atómicamente delgados a escala de obleas basado en la inserción de los mismos átomos metálicos entre el espacio de van der Waals de dicalcogenuros de metales de transición.

Al observar el crecimiento en condiciones en las que los átomos de metal superan a los calcógenos (por ejemplo, azufre (S), selenio (Se), Telurio (Te)), El equipo ha descubierto experimentalmente más de 10 tipos diferentes de materiales ic-2-D. Más emocionante, se detectó ferromagnetismo en algunas fases. Además, Los cálculos teóricos de alto rendimiento muestran que el método de autointercalación es aplicable a una gran clase de materiales estratificados en 2-D. Esto significa que hay una nueva biblioteca de materiales ic-2-D esperando a ser descubierta.

El profesor Loh dijo:"Este nuevo método para diseñar la composición de una amplia clase de dicalcogenuros de metales de transición, ofrece un enfoque poderoso para transformar materiales 2-D en capas en ultradelgados, Cristales ic-2-D unidos covalentemente con propiedades ferromagnéticas. El principio fundamental es la aplicación de átomos metálicos con un alto potencial químico para proporcionar la fuerza impulsora para la intercalación durante el crecimiento. Se espera que esta técnica sea compatible con la mayoría de los métodos de crecimiento de materiales ".

"Si unimos un poco dos capas de dicalcogenuro de metal de transición, podemos ver que los sitios de calcógeno tienen ranuras como un soporte para huevos. Otra capa de átomos de metal puede ocupar las ranuras de la misma manera que podemos colocar los huevos en el porta huevos. Esta es la magia de los materiales ic-2-D, "añadió el profesor Pennycook.

Dr. ZHAO Xiaoxu, el primer autor del artículo, descubrió y dio a conocer atómicamente estos nuevos materiales utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido de resolución atómica, y descubrió que los átomos metálicos intercalados ocupan consistentemente las vacantes octaédricas dentro de la brecha de van der Waals dando como resultado patrones topográficos distintos dependiendo de las concentraciones de intercalación. Debido a la toplogía única, el ferromagnetismo puede ser inducido por el mecanismo de doble intercambio, desencadenado por la transferencia de carga de metal intercalado a metal prístino.

El profesor Loh comentó:"Con versatilidad en el control de la composición, hemos demostrado que es posible sintonizar, en una clase de materiales, propiedades que pueden variar de ferromagnéticas a no ferromagnéticas, y celosías de Kagome frustradas por los giros. Este descubrimiento presenta un rico paisaje de materiales 2-D ultradelgados que esperan el descubrimiento de nuevas propiedades ".

Próximo, los equipos planean incorporar esta nueva biblioteca de materiales en dispositivos de memoria, para aplicaciones prácticas, e intercalar átomos extraños en la brecha de van der Waals y explotar nuevos materiales ic-2-D funcionalizados.