Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía han realizado las primeras observaciones directas de un límite unidimensional que separa dos diferentes, materiales delgados como átomos, permitiendo estudios de fenómenos teorizados desde hace mucho tiempo en estas interfaces.

Los teóricos han predicho la existencia de propiedades intrigantes en los límites unidimensionales (1-D) entre dos componentes cristalinos, pero la verificación experimental ha eludido a los investigadores porque las interfaces 1-D atómicamente precisas son difíciles de construir.

"Si bien muchos estudios teóricos de tales interfaces 1-D predicen comportamientos sorprendentes, en nuestro trabajo hemos proporcionado la primera validación experimental de esas propiedades de interfaz, "dijo An-Ping Li de ORNL.

El nuevo Comunicaciones de la naturaleza El estudio se basa en el trabajo de científicos de ORNL y la Universidad de Tennessee publicado en Science a principios de este año que introdujo un método para cultivar diferentes materiales bidimensionales, grafeno y nitruro de boro, en una sola capa de solo un átomo de espesor.

La técnica de crecimiento de materiales del equipo desbloqueó la capacidad de estudiar el límite 1-D y sus propiedades electrónicas en resolución atómica. Usando microscopía de túnel de barrido, espectroscopia y cálculos de densidad funcional, Los investigadores primero obtuvieron una imagen completa de las distribuciones espacial y energética de los estados de la interfaz 1-D.

"En sistemas tridimensionales (3-D), la interfaz está incrustada, por lo que no puede obtener una vista en el espacio real de la interfaz completa; solo puede ver una proyección de ese plano, "dijo Jewook Park, Investigador postdoctoral ORNL y autor principal del trabajo. "En nuestro caso, la interfaz 1-D es completamente accesible para el estudio del espacio real ".

"La combinación de microscopía de túnel de barrido y los cálculos de la teoría de los primeros principios nos permite distinguir la naturaleza química del límite y evaluar los efectos de la hibridación orbital en la unión, "dijo Mina Yoon de ORNL, un teórico del equipo.

Las observaciones de los investigadores revelaron un campo eléctrico muy confinado en la interfaz y brindaron la oportunidad de investigar un fenómeno intrigante conocido como "catástrofe polar". "que ocurre en interfaces de óxido 3-D. Este efecto puede causar una reorganización atómica y electrónica en la interfaz para compensar el campo electrostático resultante de las diferentes polaridades de los materiales.

"Esta es la primera vez que hemos podido estudiar el efecto de discontinuidad polar en un límite 1-D, "Dijo Li.

Aunque los investigadores se centraron en obtener una comprensión fundamental del sistema, señalan que su estudio podría culminar en aplicaciones que aprovechen la interfaz 1-D.

"Por ejemplo, la cadena 1-D de electrones podría explotarse para pasar una corriente a lo largo del límite, "Li dijo." Podría ser útil para la electrónica, especialmente para dispositivos ultrafinos o flexibles ".

El equipo planea continuar examinando diferentes aspectos del límite, incluidas sus propiedades magnéticas y el efecto de su sustrato de soporte.

El estudio se publica como "Estados límite unidimensionales resueltos espacialmente en heteroestructuras planas de grafeno-nitruro de boro hexagonal".