Los defectos a nanoescala son enormemente importantes en la configuración de los óptico, y propiedades mecánicas de un material. Por ejemplo, un defecto puede donar carga o dispersar electrones que se mueven de un punto a otro. Sin embargo, observar defectos individuales en aisladores a granel, un componente omnipresente y esencial para casi todos los dispositivos, sigue siendo difícil de alcanzar:es mucho más fácil obtener imágenes de la estructura eléctrica detallada de los conductores que de los aislantes.

Ahora, Los investigadores de Berkeley Lab han demostrado un nuevo método que se puede aplicar para estudiar defectos individuales en un material aislante a granel ampliamente utilizado. nitruro de boro hexagonal (h-BN), mediante el empleo de microscopía de túnel de barrido (STM).

"Normalmente, STM se utiliza para estudiar conductores y no se puede utilizar para estudiar aisladores a granel, Dado que la corriente eléctrica normalmente no fluye a través de un aislante, "explica Mike Crommie, físico de la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio de Berkeley y profesor de la UC Berkeley, en cuyo laboratorio se realizó este trabajo. Su equipo superó este obstáculo tapando el h-BN con una sola hoja de grafeno.

"Esto nos permite visualizar los defectos cargados incrustados en el cristal BN subyacente, "Dice Crommie". Básicamente, usamos grafeno como una ventana para mirar dentro del aislante ".

Agrega Jairo Velasco Jr, también miembro de la División de Ciencias de los Materiales y coautor principal de este trabajo, "En contraste con estudios previos que se limitaron a promediar espacialmente el comportamiento de defectos, nuestro experimento visualiza defectos puntuales individuales incrustados dentro de un cristal BN con precisión a nanoescala. El STM permite extraer detalles de las propiedades electrónicas de un defecto detectando directamente cómo los electrones en el grafeno responden al defecto en el aislante a granel subyacente ".

Síntesis y caracterización de grafeno, realizado en la Fundición Molecular, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, ayudó a los investigadores a visualizar e incluso manipular defectos individuales en el aislante BN a granel subyacente. Las nuevas características en las imágenes de densidad de electrones dependientes de energía y topográficas de STM incluyeron puntos y anillos distribuidos aleatoriamente de diferentes intensidades.

"Descubrimos que es posible manipular selectivamente los estados de carga de los defectos BN individuales aplicando pulsos de voltaje con nuestra punta STM, "Dice Velasco.

La nueva técnica proporciona una herramienta valiosa para los muchos científicos de la comunidad de materiales 2D que utilizan h-BN. También se puede utilizar para estudiar otros aislantes como el diamante con centros vacantes de nitrógeno, un sistema popular para la detección a nanoescala.