Escisión nanomecánica de capas atómicas de bisulfuro de molibdeno. (izquierda) Esquemas de la configuración experimental dentro de HRTEM. (centro) Imagen TEM de una nanoprobe de tungsteno grabada con nitidez en contacto con el MoS 2 monocristal colocado deliberadamente con planos atómicos basales (0002) vistos de canto. (derecha) Imagen HRTEM de un MoS escindido 2 monocapa atómica.
La técnica de escisión mecánica más simple que utiliza una cinta "escocesa" primitiva ha dado como resultado el descubrimiento de grafenos, galardonado con el Nobel, y actualmente se utiliza en todo el mundo para ensamblar grafenos y otras estructuras de dos dimensiones (2D) similares al grafeno para su utilización en nuevas estructuras de alta densidad. dispositivos nanoelectrónicos de rendimiento.
La simplicidad de este método ha iniciado una investigación en auge sobre materiales 2D. Sin embargo, los procesos atomísticos detrás de la escisión micromecánica todavía se conocen poco.
Un equipo unido de experimentales y teóricos del Centro Internacional para Jóvenes Científicos, Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales y Física de Superficies y Unidad de Estructura del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología "MISiS" (Moscú, Rusia), La Universidad de Rice (EE. UU.) Y la Universidad de Jyväskylä (Finlandia), dirigida por Daiming Tang y Dmitri Golberg, lograron por primera vez una comprensión completa de la física. cinética y energética detrás de la conocida técnica de "cinta adhesiva" que utiliza capas atómicas de disulfuro de molibdeno (MoS2) como material modelo.
Los investigadores desarrollaron una técnica de sondeo directo in situ en un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM) para investigar los procesos de escisión mecánica y los comportamientos mecánicos asociados. Al manipular con precisión una sonda de metal ultrafilada para contactar los pasos cristalinos preexistentes del MoS 2 cristales individuales, copos atómicamente delgados se despegaron delicadamente, que van de forma selectiva desde un solo, duplicar a más de 20 capas atómicas. El equipo descubrió que los comportamientos mecánicos dependen en gran medida del número de capas. La combinación de HRTEM in situ y simulaciones de dinámica molecular revela una transformación del comportamiento de flexión a partir de la ondulación espontánea ( <5 capas atómicas) a una curvatura homogénea (~ 10 capas), y finalmente a doblar (20 o más capas).
Considerando el equilibrio de fuerzas cerca del punto de contacto, la energía superficial específica de un MoS 2 Se calculó que la capa monoatómica era ~ 0,11 N / m. Esta es la primera vez que se mide directamente esta propiedad fundamentalmente importante.
Después del aislamiento inicial del cristal madre, el MoS 2 La monocapa podría apilarse fácilmente sobre la superficie del cristal, demostrando la posibilidad de la epitaxia de van der Waals. MoS 2 Las capas atómicas podrían doblarse a radios pequeños finales (1.3 ~ 3.0 nm) de manera reversible sin fracturarse. Tal ultra-reversibilidad y extrema flexibilidad demuestra que podrían ser candidatos mecánicamente robustos para los dispositivos electrónicos flexibles avanzados incluso en condiciones extremas de plegado.
