Una pizca de sal puede simplificar la creación de materiales bidimensionales, y gracias a los científicos de la Universidad de Rice, la razón se está volviendo clara.

Boris Yakobson, un profesor de Rice de ciencia de materiales y nanoingeniería y de química, fue el experto a quien acudir cuando un grupo de laboratorios en Singapur, Porcelana, Japón y Taiwán usaron sal para hacer una "biblioteca" de materiales bidimensionales que combinaban metales de transición y calcógenos.

Estos compuestos podrían conducir a transistores más pequeños y rápidos, fotovoltaica, sensores y catalizadores, según los investigadores.

A través de simulaciones de dinámica molecular de primer principio y cálculos de energía precisos, Yakobson y sus colegas determinaron que la sal reduce la temperatura a la que algunos elementos interactúan en un horno de deposición química de vapor (CVD). Eso hace que sea más fácil formar capas de un átomo de espesor similares al grafeno pero con el potencial de personalizar su composición química para un material de capa específico y, en consecuencia, eléctrico, óptico, propiedades catalíticas y otras propiedades útiles.

El equipo de investigación, que incluye al investigador postdoctoral Yakobson y Rice, Yu Xie, y al estudiante graduado Jincheng Lei, informaron sus resultados esta semana en Naturaleza .

El equipo dirigido por Zheng Liu de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur utilizó su técnica experimentada con CVD para crear 47 compuestos de calcogenuros metálicos (que contienen un calcogeno y un metal electropositivo). La mayoría de los nuevos compuestos tenían dos ingredientes, pero algunas eran aleaciones de tres, cuatro e incluso cinco. Muchos de los materiales habían sido imaginados e incluso codiciados, Yakobson dijo:pero nunca hecho.

En el proceso de CVD, átomos excitados por temperaturas, en este caso entre 600 y 850 grados Celsius (1, 112 y 1, 562 grados Fahrenheit):forma un gas y finalmente se asienta sobre un sustrato, enlazándose con átomos de química complementaria para formar cristales monocapa.

Los investigadores ya sospechaban que la sal podría facilitar el proceso, Dijo Yakobson. Liu acudió a él para solicitarle un análisis de modelo molecular para saber por qué la sal facilitaba la fusión de metales con calcógenos y los hacía reaccionar. Eso les ayudaría a saber si podría funcionar dentro de la paleta más amplia de la tabla periódica.

"Hicieron un trabajo impresionantemente amplio para hacer muchos materiales nuevos y para caracterizar cada uno de ellos de manera integral, ", Dijo Yakobson." Desde nuestra perspectiva teórica, la novedad de este estudio es que ahora comprendemos mejor por qué la adición de sal simple reduce el punto de fusión de estos óxidos metálicos y, especialmente, reduce las barreras energéticas de los intermedios en el camino para transformarlos en calcogenuros ".

Ya sea en forma de sal común de mesa (cloruro de sodio) o compuestos más exóticos como yoduro de potasio, Se descubrió que la sal permite reacciones químicas al reducir la barrera energética que, de otro modo, evita que las moléculas interactúen a temperaturas inferiores a las ultra altas. Dijo Yakobson.

"Yo lo llamo un 'asalto a la sal, '", dijo." Esto es importante para la síntesis. Primero, cuando intentas combinar partículas sólidas, no importa lo pequeños que sean, todavía tienen un contacto limitado entre ellos. Pero si los derrites con la ayuda de la sal, obtienes mucho contacto a nivel molecular.

"Segundo, la sal reduce el punto de sublimación, donde un sólido sufre una transformación de fase a gas. Significa que más moléculas componentes del material saltan a la fase gaseosa. Eso es bueno para problemas generales de transporte y contacto y ayuda a la reacción en general ".

The Rice team discovered the process doesn't facilitate the formation of the 2-D-material itself directly so much as it allows for the formation of intermediate oxychlorides. These oxychlorides then lead to the 2-D chalcogenide growth.

Detailing this process required intensive atom-by-atom simulations, Yakobson said. These took weeks of heavy-duty computations of the quantum interactions among as few as about 100 atoms – all to show just 10 picoseconds of a reaction. "We only did four of the compounds because they were so computationally expensive, and the emerging picture was clear enough, " Yakobson said.