Zhongkai Liu es un estudiante graduado del Instituto Stanford de Ciencias de los Materiales y la Energía (SIMES) en SLAC y uno de los dos autores principales de la investigación. Crédito:Brad Plummer / SLAC
(Phys.org) —El grafeno, el material más delgado y fuerte conocido en el universo y un formidable conductor de electricidad y calor, obtiene muchas de sus asombrosas propiedades del hecho de que ocupa solo dos dimensiones:tiene largo y ancho pero no altura , porque está hecho de una sola capa de átomos.
Ahora los científicos han descubierto un material tridimensional que se comporta como el grafeno bidimensional. Si bien este material en particular es muy inestable, la investigación muestra que puede ser posible encontrar un material con las propiedades que el grafeno tiene para ofrecer en un espesor, forma más resistente que es más fácil de crear en dispositivos electrónicos.
El equipo de investigación incluidos científicos de los laboratorios nacionales SLAC y Lawrence Berkeley, informaron sus resultados hoy en Science Express .
"Desde que se aisló el grafeno en 2004, investigadores de todo el mundo han buscado formas de aprovechar al máximo sus muchas propiedades deseables, "dijo Yulin Chen de la Universidad de Oxford, quien era físico en Berkeley Lab cuando inició el estudio. "Pero lo que hace que el grafeno sea especial, el hecho de que consta de una sola capa de átomos, a veces hace que sea difícil trabajar con él. y un desafío para la fabricación ".
El grafeno es una hoja de átomos de carbono de un átomo de espesor extraída de un trozo de grafito, que es familiar como la mina de los lápices. Uno de sus sellos distintivos es el extraño comportamiento de sus electrones:cuando está confinado a esta fina capa de átomos regularmente espaciados, estas partículas ligeras actúan como si no tuvieran masa en absoluto. Esto les permite atravesar el material mucho más rápido de lo habitual. Los investigadores están explorando formas de utilizar estas propiedades para hacer transistores muy rápidos, sensores e incluso electrodos transparentes.
Hace unos pocos años, Los teóricos propusieron que un material más grueso, técnicamente conocido como semimetal de Dirac topológico tridimensional, podría tener las mismas propiedades electrónicas que el grafeno 2-D. La carrera estaba en marcha para ver si esto era cierto. Si tal material existiera, constituiría un nuevo estado cuántico de la materia, definido por el comportamiento único de sus electrones.
El grupo de Chen investigó un compuesto de sodio-bismuto, N / A 3 Bi que había sido identificado como un posible candidato por los teóricos Zhong Fang y Xi Dai de la Academia de Ciencias de China, que son coautores del nuevo informe.
Su laboratorio en Oxford tomó muestras del compuesto y las envió a la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab para realizar pruebas, lo que se hizo mucho más difícil por el hecho de que Na 3 Bi comienza a burbujear y se convierte en polvo cuando se expone al aire.
"Este material se produjo hace mucho tiempo, pero las personas no tenían las herramientas poderosas que necesitaban para medir su estructura electrónica, "dijo Zhongkai Liu, un estudiante de posgrado con SIMES, el Instituto Stanford de Ciencias de los Materiales y la Energía en SLAC, quien realizó las pruebas con el investigador postdoctoral Bo Zhou de Berkeley Lab y Oxford.
Las pruebas cuidadosas revelaron que Na 3 La estructura electrónica de Bi le permite comportarse como el grafeno, Dijo Liu. Si bien este compuesto en particular es demasiado inestable para usar en dispositivos, el equipo está probando compuestos más estables y buscando formas de adaptarlos a las aplicaciones, él dijo.
Joel E. Moore, un físico de materia condensada en la Universidad de California-Berkeley and Berkeley Lab que no participó en la investigación, señaló en un comentario en línea reciente que otros grupos de investigación también han estado buscando compuestos candidatos, con varios informes de éxito inéditos.
La siguiente pregunta, el escribio, es "si estos semimetales tridimensionales soportarán tantos fenómenos interesantes como el grafeno". Agregó que estos materiales pueden ser un punto de partida para otros estados de la materia, y que la avalancha de nuevos ejemplos "debería conducir a una consideración más amplia por parte de los teóricos de qué física interesante podría permitir esta clase de materiales".
