Los físicos de la Fundación FOM y la Universidad de Leiden han encontrado una manera de comprender mejor las propiedades de los materiales "inteligentes" artificiales. Su método revela cómo las capas apiladas en un material de este tipo trabajan juntas para llevar el material a un nivel superior. El líder del grupo Sense Jan van der Molen y su equipo de investigación publicarán sus resultados el 26 de noviembre de 2015 en Comunicaciones de la naturaleza .

¿Podemos diseñar materiales inteligentes con propiedades completamente nuevas? Una forma muy prometedora de hacer esto es apilar capas extremadamente delgadas, de solo un átomo de espesor, en un material tridimensional; una especie de pastel de sándwich. Suficientemente interesante, las propiedades de estos materiales compuestos no solo están determinadas por las propiedades de las capas individuales. La interacción entre las capas también juega un papel importante. Como consecuencia, un material en capas de este tipo puede tener propiedades muy diferentes de las que cabría esperar en función de la combinación de propiedades de las capas individuales; el todo es más que la suma de las partes. Los físicos de la FOM y la Universidad de Leiden han desarrollado una técnica que les permite estudiar la interacción entre las capas de material.

Estructura de la banda

Las propiedades electrónicas de un material, expresado en lo que se llama estructura de bandas, determinar cómo se comporta el material. La estructura de la banda le dice qué energía puede tener un electrón en el material y cómo esta energía depende de la velocidad del electrón. Hay energías permitidas ('bandas') y energías prohibidas ('espacios de banda'). Una gran parte de esta estructura de bandas era anteriormente difícil de medir. El primer autor Johannes Jobst y sus colegas superaron el problema utilizando y actualizando un microscopio especial:un microscopio electrónico de baja energía (LEEM).

El microscopio dispara electrones con una energía específica al material sondado. Posteriormente, los investigadores miden cuántos electrones de diversas energías se reflejan. Cuando un electrón entrante encuentra un estado desocupado en el material, no se refleja. En cambio, cuando no hay estados libres con la energía del electrón entrante, la tasa de reflexión es alta. Usando este método, los investigadores pueden medir qué estados de electrones ocupados y desocupados están presentes en el material en capas y, en consecuencia, cómo se ve la estructura de la banda.

Al hacer esto con varias pilas de grafeno, los investigadores lograron revelar cómo las bandas asociadas con las diferentes capas interactúan entre sí. El método tiene un 100, 000 veces mayor resolución espacial que los métodos convencionales. Esto es importante porque los materiales estratificados actuales tienen una superficie extremadamente pequeña (mucho más pequeña que un milímetro cuadrado).

Materiales de diseño

Tan pronto como los científicos comprendan bien la interacción, es posible que puedan dar el siguiente paso:"Queremos poder elegir ciertas propiedades con anticipación y luego apilar las capas de tal manera que se obtenga el material deseado, ", dice el Sense Jan van der Molen." Estos materiales de diseño son el objetivo a largo plazo ".