La teoría predijo la existencia de materiales compuestos por "mosaicos" pentagonales (púrpura, verde azulado verde, y rosa). Ahora, los investigadores han demostrado que estos materiales existen. Los científicos fabricaron y caracterizaron las primeras láminas compuestas por pentágonos de diselenuro de paladio. En lugar de ser plano, el material está arrugado. La imagen superior muestra esta estructura arrugada con átomos de paladio azul y átomos de selenio de oro. La estructura arrugada da lugar a interesantes propiedades electrónicas. Estos mosaicos son componentes prometedores para la electrónica estable al aire, fotónica, y otras tecnologías. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Por primera vez, Los investigadores aislaron y caracterizaron cristales bidimensionales atómicamente delgados de pentágonos unidos en diselenuro de paladio (PdSe2). La investigación confirmó las predicciones de que la estructura arrugada sería estable.
La estructura única del material da como resultado propiedades beneficiosas. Tiene electrones que se mueven rápidamente. También, es estable en el aire. Otros semiconductores 2-D no son estables en el aire. Estas propiedades pueden permitir usos avanzados en detectores, células solares, y transistores. Más lejos, este material podría promover la superconductividad para el flujo eléctrico sin pérdidas, sensores piezoeléctricos, e informática energéticamente eficiente.
La mayoría de los cristales 2-D estudiados hasta la fecha son una red de hexágonos, por ejemplo, grafeno dicalcogenuros de metales de transición, y fósforo negro, y las capas reticulares pueden ser planas o arrugadas. La teoría predijo una familia de materiales cristalinos bidimensionales con celosías hechas de "baldosas" pentagonales. Las hojas de pentágonos son inusuales incluso en la naturaleza. Ahora, un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge ha probado experimentalmente la existencia de un miembro de esta familia. Los investigadores utilizaron cristales a granel hechos por un grupo de la Universidad Tecnológica de Nanyang; exfoliaron los cristales para obtener capas arrugadas de PdSe2. Utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido de alta resolución, caracterizaron capas que tenían diferentes espesores. Espectroscopia óptica de microabsorción, Espectroscopía Raman, y los cálculos de los primeros principios mostraron que el grosor de la capa cambiaba la banda prohibida. La banda prohibida es el rango de energía en un sólido en el que los estados electrónicos no pueden existir. El grosor cambió la banda prohibida de 0 en el volumen (capas múltiples) a 1,3 electronvoltios en monocapas individuales. Ese hallazgo allana el camino para materiales pentagonales 2-D con espacios de banda sintonizables, lo que puede aportar nuevas capacidades a la electrónica y la fotónica. La mayoría de los materiales 2-D tienen celosías altamente simétricas y, como resultado, exhiben comportamiento isotrópico, es decir, una propiedad física tiene el mismo valor cuando se mide en diferentes direcciones. A diferencia de, pentagonal 2-D PdSe2 es anisotrópico, lo que significa que los valores de las propiedades difieren cuando se miden en diferentes direcciones. Los materiales 2-D pentagonales pueden permitir un nuevo grado de libertad para diseñar dispositivos optoelectrónicos y electrónicos conceptualmente nuevos que no son posibles con otros materiales 2-D. Es más, el material es estable en el aire, lo que no es cierto para muchos otros semiconductores 2-D. Por ejemplo, es menos susceptible a la oxidación que el fósforo negro, otro material bidimensional prometedor con una banda prohibida sintonizable. El descubrimiento de bloques de construcción pentagonales fruncidos adicionales puede promover aplicaciones en optoelectrónica de baja energía, piezoeléctricos, termoeléctrica, y espintrónica.
