(Phys.org) —La microscopía electrónica en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía proporciona vistas sin precedentes de los átomos individuales en el grafeno, ofreciendo a los científicos la oportunidad de desbloquear todo el potencial del material para usos desde la combustión de motores hasta la electrónica de consumo.

Los cristales de grafeno se aislaron por primera vez en 2004. Son bidimensionales (un átomo de espesor), más duro que los diamantes y mucho más fuerte que el acero, proporcionando una rigidez sin precedentes, propiedades eléctricas y térmicas. Al observar las configuraciones atómicas y de enlace de los átomos de grafeno individuales, los científicos pueden sugerir formas de optimizar los materiales para que sean más adecuados para aplicaciones específicas.

En un artículo publicado en Cartas de revisión física , un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Vanderbilt utilizó microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones para estudiar la estructura atómica y electrónica de las impurezas de silicio en el grafeno.

"Hemos utilizado nuevas herramientas experimentales y computacionales para revelar las características de unión de las impurezas individuales en el grafeno. Por ejemplo, ahora podemos diferenciar entre un átomo que no es de carbono y que está unido bidimensional o tridimensionalmente en el grafeno. De hecho, finalmente pudimos visualizar directamente una configuración de enlace que se predijo en la década de 1930 pero que nunca se ha observado experimentalmente, "dijo el investigador de ORNL Juan-Carlos Idrobo.

Los electrones en órbita alrededor de un átomo se dividen en cuatro categorías amplias:s, pag, d y f:basados ​​en factores que incluyen la simetría y los niveles de energía.

"Observamos que los estados d del silicio participan en la unión solo cuando el silicio está coordinado bidimensionalmente, "Dijo Idrobo." Hay muchos elementos como el cromo, planchar, y cobre, donde los estados d o los electrones d juegan un papel dominante en la determinación de cómo se une el elemento a un material ".

Al estudiar la estructura atómica y electrónica del grafeno e identificar cualquier impureza, los investigadores pueden predecir mejor qué adiciones elementales mejorarán el rendimiento del material.

Alterar ligeramente la composición química del grafeno podría personalizar el material, haciéndolo más adecuado para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, una adición elemental puede hacer que el material sea un mejor reemplazo para los convertidores catalíticos de platino en los automóviles, mientras que otro puede permitirle funcionar mejor en dispositivos electrónicos o como membrana.

El grafeno tiene el potencial de reemplazar el funcionamiento interno de los dispositivos electrónicos que la gente usa todos los días debido a su capacidad para conducir el calor y la electricidad y su transparencia óptica. Ofrece una alternativa más barata y abundante al indio, un recurso limitado que se usa ampliamente en el revestimiento conductor transparente presente en casi todos los dispositivos de visualización electrónicos, como las pantallas digitales en los automóviles, Televisores computadoras portátiles y dispositivos de mano como teléfonos celulares, tabletas y reproductores de música.

Los investigadores esperan que las técnicas de imágenes demostradas en ORNL se utilicen para comprender las estructuras atómicas y las características de enlace de los átomos en otros materiales bidimensionales. también.