Los materiales en capas de van der Waals son de gran interés para aplicaciones electrónicas y fotónicas, según investigadores de Penn State y SLAC National Accelerator Laboratory, en California, que proporcionan nuevos conocimientos sobre las interacciones de los materiales en capas con rayos láser y de electrones.

Los materiales de van der Waals bidimensionales están compuestos por capas de moléculas fuertemente unidas con un enlace débil entre las capas.

Los investigadores utilizaron una combinación de pulsos ultrarrápidos de luz láser que excitan los átomos en una red material de telururo de galio. seguido de la exposición de la red a un pulso ultrarrápido de un haz de electrones. Esto muestra las vibraciones de la red en tiempo real usando difracción de electrones y podría conducir a una mejor comprensión de estos materiales.

"Esta es una técnica bastante única, "dijo Shengxi Huang, profesor asistente de ingeniería eléctrica y autor correspondiente de un artículo en ACS Nano que describe su trabajo. "El propósito es comprender completamente las vibraciones de la red, incluidos dentro y fuera del avión ".

Una de las observaciones interesantes en su trabajo es la violación de una ley que se aplica a todos los sistemas materiales. La ley de Friedel postula que en el patrón de difracción, los pares de picos de Bragg centrosimétricos deben ser simétricos, resultado directo de la transformación de Fourier. En este caso, sin embargo, los pares de picos de Bragg muestran patrones de oscilación opuestos. Llaman a este fenómeno la ruptura dinámica de la ley de Friedel. Es una observación muy rara, si no sin precedentes, en las interacciones entre los haces y estos materiales.

"¿Por qué vemos la violación de la ley de Friedel?" ella dijo. "Es debido a la estructura de celosía de este material. En materiales bidimensionales en capas, los átomos en cada capa típicamente se alinean muy bien en la dirección vertical. En telururo de galio, la alineación atómica está un poco desviada ".

Cuando el rayo láser incide sobre el material, la calefacción genera el modo de fonón acústico longitudinal de orden más bajo, lo que crea un efecto de bamboleo para la celosía. Esto puede afectar la forma en que los electrones se difractan en la red, conduciendo a la ruptura dinámica única de la ley de Friedel.

Esta técnica también es útil para estudiar materiales de cambio de fase, que absorben o irradian calor durante el cambio de fase. Dichos materiales pueden generar el efecto electrocalórico en refrigeradores de estado sólido. Esta técnica también será interesante para las personas que estudian cristales de estructura extraña y la comunidad de materiales 2-D en general.