Las tensiones y deformaciones pueden alterar drásticamente las propiedades de un material, y TU Wien ha desarrollado ahora un método para hacer visibles estas deformaciones internas.

Materiales bidimensionales como el grafeno, que constan de solo una o unas pocas capas atómicas, han sido un aspecto muy prometedor de la ciencia de los materiales en los últimos años. Demuestran propiedades notables que abren posibilidades técnicas completamente nuevas, desde la tecnología de sensores hasta las células solares.

Sin embargo, Existe un fenómeno importante que no se ha podido medir con precisión hasta ahora:las tensiones y tensiones internas extremas a las que pueden estar sometidos dichos materiales, que a menudo alteran drásticamente las propiedades físicas del material. TU Wien ahora ha medido con éxito estas distorsiones en materiales 2-D a nivel microscópico, lo que significa que ahora es posible observar con precisión (punto por punto) cómo las propiedades de un material pueden alterarse como resultado de una simple distorsión. Estos nuevos métodos de medición ya se han publicado en la revista especializada Comunicaciones de la naturaleza .

Estiramiento y compresión

Cuando un material se estira o se comprime, la distancia entre los átomos individuales cambia, y esta distancia influye en las propiedades electrónicas del material. Este fenómeno se ha utilizado en la tecnología de semiconductores durante años:cristales de silicio, por ejemplo, pueden cultivarse de modo que estén permanentemente bajo tensión mecánica interna.

Sin embargo, materiales bidimensionales, que constan solo de una capa ultrafina, ofrecen un potencial mucho mayor:"Un cristal se puede estirar quizás en un uno por ciento antes de romperse. Con materiales 2-D, es posible una deformación del diez o veinte por ciento ", dice el Prof. Thomas Müller del Photonics Institute (Facultad de Ingeniería Eléctrica y Tecnología de la Información) en TU Wien. Dependiendo de la deformación y las tensiones mecánicas presentes dentro del material, las propiedades electrónicas pueden cambiar por completo, como la capacidad de los electrones para absorber la luz entrante.

"Hasta ahora, si quería medir las tensiones presentes en este tipo de material, tenía que confiar en métodos de medición extremadamente complicados ", explica Lukas Mennel (TU Wien), autor principal de la publicación. Por ejemplo, Podrías observar la superficie usando un microscopio electrónico de transmisión, medir la distancia promedio entre los átomos y luego deducir cualquier estiramiento o compresión de eso. En TU Wien, este proceso ahora se ha hecho mucho más simple y más preciso.

Luz roja en luz azul apagada

Aquí, se utiliza un efecto notable llamado duplicación de frecuencia:"Si irradia materiales específicos, en nuestro caso una capa de bisulfuro de molibdeno, con un rayo láser adecuado, el material puede reflejar la luz de fondo de un color diferente ", explica Thomas Müller. Dos fotones en el rayo láser entrante se combinan para formar un fotón con el doble de energía, que se emite del material.

Sin embargo, la intensidad de este efecto depende de la simetría interna del material. Generalmente, El disulfuro de molibdeno tiene una estructura en forma de panal, es decir, simetría hexagonal. Si el material está estirado o comprimido, esta simetría está ligeramente distorsionada, y esta pequeña distorsión tiene un efecto dramático en la intensidad de la luz reflejada desde el material.

Si coloca una capa de bisulfuro de molibdeno sobre una microestructura, como poner una manta de goma sobre un parque infantil, el resultado es un patrón complejo de distorsiones locales. Ahora puede utilizar un láser para escanear el material punto por punto y así obtener un mapa detallado de estos estiramientos y compresiones. "Al hacerlo, no solo podemos medir la severidad de estas deformaciones, pero también podemos ver la dirección exacta en la que corren ", explica Lukas Mennel.

Estos métodos de imágenes ahora se pueden utilizar para el local, ajuste específico de las propiedades del material. "Por ejemplo, las deformaciones personalizadas del material en las células solares podrían garantizar que los portadores de carga gratuita se difundan en la dirección correcta lo más rápido posible ", dice Thomas Müller. Esta investigación sobre materiales 2-D significa que un nuevo, ahora está disponible una poderosa herramienta.