Producir grafeno estructuralmente perfecto y otros materiales 2-D es el secreto para aprovechar sus potenciales nuevas propiedades electrónicas y espintrónicas. Pero, ¿cómo sabemos cuando el grafeno, el material 2-D más estudiado, es perfecto:¿una capa uniforme y sin defectos de átomos?

Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto un indicador que demuestra de manera confiable la alta calidad de una muestra, y fue uno que estuvo escondido a plena vista durante décadas.

Los investigadores estaban investigando muestras de grafeno utilizando difracción de electrones de baja energía, una técnica comúnmente utilizada en física para estudiar la estructura cristalina de las superficies de materiales sólidos.

Lo que encontraron no siguió las reglas aceptadas de difracción.

"El descubrimiento es una paradoja, "dijo Michael Tringides, un científico senior del Laboratorio Ames que investiga las propiedades únicas de los materiales y metales 2-D cultivados en grafeno, grafito, y otras superficies recubiertas de carbono. "La difracción de los libros de texto establece que cuanto más impecable es un material, Cuanto más nítidos y claros sean los puntos de difracción, y los materiales imperfectos tienen baja intensidad, puntos de difracción más amplios ".

Pero en el caso de muestras muy uniformes de grafeno, Los estudios de difracción no solo mostraron los puntos nítidos esperados, pero también una banda muy ancha de difracción difusa en el fondo.

"Ese resultado no es intuitivo y muy extraño, "dijo Tringides, "pero encontramos que este amplio patrón de difracción es una característica intrínseca del grafeno, y cuando lo tengas, tienes muy buen grafeno. Esta es una buena forma de medir cuantitativamente su perfección estructural ".

Y lo que es más, este extraño patrón de difracción estuvo presente y visible en los últimos 25 años de publicaciones de investigación sobre grafeno, y sin embargo ignorado. "Fue un gran fenómenos notables, y reproducible, y nos dimos cuenta de que debe ser extremadamente importante de alguna manera, "dijo Tringides.

Si bien se necesita más trabajo teórico para explicar completamente los hallazgos experimentales, los científicos creen que el fenómeno de la difracción amplia es causado por el confinamiento de los electrones de grafeno dentro de una sola capa de átomos. Según los fundamentos de la mecánica cuántica, porque la posición del electrón normal a la capa se conoce con precisión, su vector de onda debe tener una extensión, que se transfiere a los electrones difractados. Este efecto también es significativo para otros tipos de materiales 2-D. Con el interés continuo y creciente en materiales 2-D para una variedad de aplicaciones, mejorar su calidad estructural será la clave para prometedoras nuevas tecnologías, dijo Tringides.

"Este trabajo proporciona un paso importante hacia la capacidad de optimizar el grafeno y otros materiales 2-D con precisión, y adaptar sus propiedades para aplicaciones específicas, " él dijo.

La investigación se analiza con más detalle en el documento, "Paradoja de la difracción:un fondo de difracción inusualmente amplio marca grafeno de alta calidad, "escrito por S. Chen, M. Horn von Hoegen, P. A. Thiel, y M. C. Tringides; y publicado en Revisión física B .