El descubrimiento del grafeno, con su alta relación resistencia-peso, flexibilidad, conductividad eléctrica, y capacidad para formar una barrera impenetrable, condujo a una explosión de interés en los sólidos 2-D. Débil, las interacciones de largo alcance dan a los sólidos bidimensionales algunos de sus comportamientos más interesantes; por lo tanto, La comprensión de estas interacciones es fundamental para seguir desarrollando estos materiales. Sin embargo, Ha faltado apoyo experimental para el modelado teórico de las interacciones de van der Waals que mantienen unidas las capas de estos materiales.

Ahora, un grupo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Tsukuba y la Universidad de Aarhus ha realizado experimentos de difracción de rayos X de sincrotrón en disulfuro de titanio (TiS2), un material dicallogenuro de metal de transición (TMD) con una estructura en capas 2-D, y comparó los resultados con cálculos. Su trabajo de referencia se publicó recientemente en Materiales de la naturaleza .

"La interacción entre capas en materiales de van der Waals como TiS2 tiene una influencia significativa en su modificación, Procesando, y montaje, ", dice el coautor del estudio, Eiji Nishibori." Al modelar los datos experimentales del sincrotrón y compararlos con los cálculos de la teoría funcional de la densidad, revelamos información sorprendente sobre la naturaleza del intercambio de electrones entre las capas de estos materiales ".

TiS2 es un material arquetípico de van der Waals, con capas que comprenden láminas de titanio y azufre que interactúan a través de fuertes enlaces químicos, donde los electrones se comparten entre los átomos, resultando en una estructura relativamente fija. Entre estas sábanas Las interacciones S… S van der Waals de largo alcance atraen las capas entre sí, lo que les permite acumularse, formando materiales sólidos. Se sabe que estas interacciones son mucho más débiles que las de las hojas 2-D, sin embargo, utilizando radiación de rayos X de sincrotrón de alta energía para medir con precisión un solo cristal de TiS2, los investigadores pudieron demostrar que las interacciones entre capas son de hecho más fuertes de lo que indica la teoría, e implican un intercambio significativo de electrones.

"Este trabajo proporciona una comprensión fundamental de una clase interesante de materiales con numerosas aplicaciones potenciales en tecnologías como las baterías de iones, catálisis, y superconductores, ", dice el autor principal Hidetaka Kasai." Nuestros experimentos son los primeros en revelar la verdadera naturaleza de las interacciones que hacen que los materiales 2-D sean tan interesantes, y esperamos que sirvan de base para muchos desarrollos futuros en esta área ".

La excelente concordancia de los datos de difracción de sincrotrón con los cálculos teóricos al describir las interacciones Ti-S intracapa, apoya la validez de estas diferencias recién encontradas para las interacciones de largo alcance a través de las brechas entre capas. Se espera que los hallazgos contribuyan sustancialmente a la comprensión fundamental de los enlaces químicos débiles en materiales estratificados 2-D en general, y al desarrollo de materiales TMD.