En una colaboración entre el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad Northeastern, Los científicos han desarrollado un modelo para predecir la forma de nanocristales metálicos o "islas" intercaladas entre o debajo de materiales bidimensionales (2-D) como el grafeno. El avance acerca los materiales cuánticos 2-D un paso más hacia las aplicaciones en electrónica.

Los científicos del laboratorio Ames son expertos en materiales 2-D, y recientemente descubrió una combinación de cobre y grafito, la primera en su tipo, producido depositando cobre sobre grafito bombardeado con iones a alta temperatura y en un entorno de vacío ultra alto. Esto produjo una distribución de islas de cobre, incrustado bajo una "manta" ultrafina que consta de unas pocas capas de grafeno.

"Debido a que estas islas de metal pueden potencialmente servir como contactos eléctricos o disipadores de calor en aplicaciones electrónicas, su forma y cómo alcanzan esa forma son piezas de información importantes para controlar el diseño y la síntesis de estos materiales, "dijo Pat Thiel, un científico del Laboratorio Ames y profesor distinguido de Química y Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad Estatal de Iowa.

Los científicos del Laboratorio Ames utilizaron microscopía de túnel de barrido para medir minuciosamente las formas de islas de cobre a escala de más de cien nanómetros. Esto proporcionó la base experimental para un modelo teórico desarrollado conjuntamente por investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Northeastern University y del Laboratorio Ames. El modelo sirvió para explicar muy bien los datos. La única excepción con respecto a las islas de cobre de menos de 10 nm de altura, será la base para futuras investigaciones.

"Nos encanta ver nuestra física aplicada, y esta fue una hermosa manera de aplicarlo, "dijo Scott E. Julien, Doctor. candidato, en el noreste. "Pudimos modelar la respuesta elástica del grafeno cuando cubre las islas de cobre, y utilícelo para predecir las formas de las islas ".

El trabajo mostró que la capa superior de grafeno resiste la presión hacia arriba ejercida por la creciente isla de metal. En efecto, la capa de grafeno aprieta hacia abajo y aplana las islas de cobre. Tener en cuenta estos efectos, así como otras energías clave, conduce a la predicción inesperada de un universal, o independiente del tamaño, forma de las islas, al menos para islas suficientemente grandes de un metal dado.

"Este principio debería funcionar con otros metales y otros materiales en capas también, "dijo Asistente de investigación, Ann Lii-Rosales. "Experimentalmente queremos ver si podemos usar la misma receta para sintetizar metales bajo otros tipos de materiales en capas con resultados predecibles".

La investigación se analiza con más detalle en el artículo "Nanocristales exprimidos:configuración de equilibrio de grupos metálicos incrustados debajo de la superficie de un material en capas, " publicado en Nanoescala .

La investigación fue una colaboración entre el Laboratorio Ames y la Universidad Northeastern.