Una plataforma de materiales atómicamente delgados desarrollada por investigadores de Penn State en conjunto con Lawrence Berkeley National Lab y Oak Ridge National Lab abrirá una amplia gama de nuevas aplicaciones en detección biomolecular. fenómenos cuánticos, catálisis y óptica no lineal.

"Hemos aprovechado nuestra comprensión de un tipo especial de grafeno, denominado grafeno epitaxial, para estabilizar formas únicas de metales atómicamente delgados, "dijo Natalie Briggs, un candidato a doctorado y coautor principal de un artículo en la revista Materiales de la naturaleza . "Curiosamente, Estos metales atómicamente delgados se estabilizan en estructuras que son completamente diferentes de sus versiones a granel, y por lo tanto tienen propiedades muy interesantes en comparación con lo que se espera de los metales a granel ".

Tradicionalmente, cuando los metales se exponen al aire, rápidamente comienzan a oxidarse:a oxidarse. En tan solo un segundo, las superficies metálicas pueden formar una capa de óxido que destruiría las propiedades metálicas. En el caso de un metal 2-D, esta sería la capa completa. Si tuviera que combinar un metal con otros materiales 2-D mediante procesos de síntesis tradicionales, las reacciones químicas durante la síntesis arruinarían las propiedades tanto del metal como del material en capas. Para evitar estas reacciones, el equipo explotó un método que cubre automáticamente el metal 2-D con una sola capa de grafeno mientras crea el metal 2-D.

Los investigadores comienzan con carburo de silicio que calientan a alta temperatura. El silicio sale de la superficie, y el carbono restante se reconstruye en grafeno epitaxial. En tono rimbombante, la interfaz grafeno / carburo de silicio es solo parcialmente estable y es fácilmente pasivada por casi cualquier elemento, si el elemento tiene acceso a esta interfaz.

El equipo proporciona este acceso haciendo agujeros en el grafeno con un plasma de oxígeno, y luego evaporan polvos metálicos puros sobre la superficie a altas temperaturas. Los átomos de metal migran a través de los agujeros en el grafeno a la interfaz grafeno / carburo de silicio, creando una estructura sándwich de carburo de silicio, metal y grafeno. El proceso para crear los metales 2-D se llama heteroepitaxia de confinamiento, o CHet.

"Lo llamamos CHet debido a la naturaleza confinada del metal, y el hecho de que es epitaxial (todos los átomos se alinean) con el carburo de silicio, un aspecto importante de las propiedades únicas que vemos en estos sistemas, "señaló Joshua Robinson, autor principal y profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State.

"En este papel, la atención se centra en las propiedades fundamentales de los metales que van a permitir un nuevo conjunto de temas de investigación, ", dijo Robinson." Demuestra que somos capaces de desarrollar nuevos sistemas de materiales 2-D que son aplicables en una variedad de temas candentes como la cuántica, donde el grafeno es un vínculo clave que nos permite pensar en combinar materiales muy diferentes que normalmente no podrían combinarse para formar la base de qubits superconductores o fotónicos ".

Los próximos pasos en sus estudios implicarán probar los superconductores, sintiendo propiedades ópticas y catalíticas de estos materiales estratificados. Más allá de crear metales 2-D únicos, el equipo continúa explorando nuevos materiales semiconductores 2-D con CHet que serían de interés para la industria electrónica en la electrónica futura más allá del silicio.

Otros autores de Penn State incluyen al ex estudiante de doctorado del grupo Robinson y al coautor principal Brian Bersch, estudiante de doctorado Yuanxi Wang, y los profesores Cui-Zu Chang, Jun Zhu, Adri van Duin y Vincent Crespi.

los Materiales de la naturaleza el papel es "Metales Atómicamente Delgados Half-van der Waals a través de Heteroepitaxia de Confinamiento".