Ochenta años después de la predicción teórica de la fuerza necesaria para superar la unión de van der Waals entre las capas de un cristal, Los investigadores de ingeniería de la Universidad de Tohoku lo han medido directamente. Informan sus resultados esta semana en el Revista de física aplicada .

En su prueba de concepto, el equipo también creó cristales de seleniuro de galio más duraderos. El logro podría impulsar el desarrollo de tecnologías de terahercios y espintrónica, utilizado en una variedad de aplicaciones, desde imágenes médicas hasta computadoras cuánticas.

"Esta es la primera vez que alguien mide directamente la fuerza de unión de van der Waals en las capas de un cristal, "Tadao Tanabe, uno de los autores, dijo. "Incluso los estudiantes de secundaria conocen esta fuerza, pero en cristales era muy difícil de medir directamente ".

Aunque se considera prometedor para muchas tecnologías, El uso de cristales de seleniuro de galio se ha visto obstaculizado por el hecho de que son notoriamente frágiles. Para hacerlos más fuertes El equipo de Tanabe, incluido el colega del Departamento de Ciencia de los Materiales, Yutaka Oyama, imaginó cristales en crecimiento con pequeñas cantidades de selenio reemplazadas por el elemento raro telurio.

Los investigadores supusieron que la nube de electrones más grande del telurio produciría mayores fuerzas de van der Waals entre las capas de cristal. Fortalecimiento de la estructura general. Las de Van der Waals son fuerzas eléctricas débiles que atraen átomos entre sí a través de cambios sutiles en las configuraciones electrónicas del átomo.

El equipo creció y comparó tres tipos diferentes de cristales:un seleniuro de galio puro, uno con 0,6 por ciento de telurio y otro con 10,6 por ciento de telurio. Para probar el efecto sobre el telurio en la unión entre capas, el equipo inventó el equivalente a un abridor de sándwich de cristal. Su sistema es capaz de medir con exquisito detalle la resistencia a la tracción, la fuerza necesaria para tirar del cristal hasta que se rompa.

"El sistema de prueba de tracción es muy simple en algunos aspectos, ", Dijo Tanabe." Pero fue muy difícil desarrollar una forma de identificar el punto exacto en el que se rompió el cristal ".

Los cristales probados tenían aproximadamente 3 milímetros de ancho, y solo 1/5 de milímetro de espesor, aproximadamente la mitad del grosor de una hoja de papel de impresora estándar. Cada cristal se compone de cientos de capas individuales.

El equipo usó cinta especial de doble cara a cada lado de un cristal para sujetarlo entre un escenario anclado y uno móvil que se podía quitar lentamente. a una velocidad de 50 millonésimas de metro por segundo. "Esto nos permitió medir con mucha precisión la fuerza entre capas a la que se rompió el cristal, "Dijo Tanabe.

Los investigadores encontraron que la unión de van der Waals entre capas en los cristales dopados con telurio era siete veces más fuerte que en los de seleniuro de galio puro.

Con la adición de telurio, el cristal de seleniuro de galio blando y escindible se vuelve rígido al mejorar la fuerza de unión de van der Waals, los autores informan, allanando el camino para el uso de este sistema para mejorar las tecnologías basadas en cristales.