Propiedades deseables, incluida una mayor conductividad eléctrica, propiedades mecánicas mejoradas, o el magnetismo para el almacenamiento de memoria o el procesamiento de información puede ser posible debido a un método teórico para controlar los límites de grano en materiales bidimensionales, según los científicos de materiales de Penn State.

Los materiales bidimensionales (2D) han sido objeto de intensos estudios en la última década, pero antes del trabajo de Yuanxi Wang, un reciente doctorado de Penn State y Vincent H. Crespi, distinguido profesor de física, ciencia e ingeniería de materiales y química en Penn State, nadie había ideado una forma general de controlar la ubicación y el tipo de límites de grano en materiales 2D.

"Cuando se cultiva un material 2D, una película delgada, está depositando materiales sobre un sustrato, ", Explicó Crespi." A medida que los átomos caen sobre el sustrato, se autoorganizan en áreas cristalinas llamadas granos ".

Cuando los granos se expanden, se topan con otras regiones cristalinas en crecimiento, y donde se encuentran se llama límite de grano. Pero como colocar baldosas en un piso lanzando las baldosas al azar, la orientación de los granos y los límites de los granos son arbitrarios, que afecta las propiedades del material.

Hasta este trabajo publicado en la revista Nano letras , estos límites de grano aleatorios se consideraron en gran medida como subproductos desafortunados del proceso de deposición.

"Típicamente, cuando estás cultivando un material, esos límites de grano aleatorios son malos, "dijo Crespi." Los átomos no se aparean entre sí como lo hacen en los cristales ordinarios. La corriente y el calor no pasan fácilmente. Tienden a dispersar calor y electrones ".

Crespi y Wang tuvieron la idea de que al manipular el sustrato subyacente, Podían predeterminar dónde comenzarían y terminarían los límites de los granos, y hacer que se alineen en posiciones ordenadas. Las formas clave se basaron en algo llamado curvatura gaussiana, una serie de golpes y caídas hemisféricas en un sustrato que se asemeja a un cartón de huevos.

Wang hizo cálculos que demostraron que para dos materiales 2D ampliamente estudiados, grafeno y disulfuro de molibdeno, el crecimiento formaría límites de grano en ubicaciones específicas en lugar de desprenderse del sustrato o desarrollar pliegues no deseados. Si el material 2D no se adhiere bien al sustrato, generará un pliegue.

"Descubrimos que la energía y la cinética de formar límites de grano versus un pliegue o desprendimiento, fueron favorables en grafeno y disulfuro de molibdeno, y aplicable a cualquier material 2D, "Dijo Wang." Pero ningún golpe serviría. Tienen que tener una curvatura gaussiana ".

Las aplicaciones incluyen almacenamiento de memoria, donde controlar el estado magnético de un sistema de límite de grano magnético 2D mediante la aplicación de un voltaje sería una capacidad muy útil. El control fino de las propiedades electrónicas a través de los límites de los granos también podría usarse en espintrónica, que procesa información utilizando el espín de los electrones. Estos límites de grano también controlan a menudo las propiedades mecánicas de los materiales, como la forma en que responden al estirarse.

"Esto brinda a las personas una nueva forma de pensar acerca de la optimización de las propiedades de los materiales 2D donde tienen más control que antes, ", Dijo Crespi." No sabíamos que podíamos tener un control tan fino de los límites de los granos, por lo que no pensamos en estudiar detenidamente el campo magnético, propiedades térmicas y electrónicas de los límites de grano con miras a crear 'materiales de límite de grano' cuyas propiedades están determinadas por una distribución controlada de límites de grano especificados ".

Su artículo en Nano letras se titula "Teoría de los límites de grano de longitud finita del ángulo de desajuste controlado en materiales bidimensionales".