Inspirado en el trabajo del investigador japonés de copos de nieve Ukichiro Nakaya, Los científicos de materiales de la Universidad Rice de la Universidad de Pensilvania crearon un diagrama similar a Nakaya de formas de cristal 2D de disulfuro de molibdeno producidas a través de la deposición de vapor químico (izquierda) y un diagrama de morfología completo del sulfuro de molibdeno (derecha). Crédito:MSNE / Rice University
Los científicos de materiales de la Universidad Rice y la Universidad de Pensilvania están pidiendo un colectivo, Esfuerzo global para acelerar la producción en masa de materiales 2-D como el grafeno y el disulfuro de molibdeno.
En un artículo en perspectiva publicado en línea en Materiales hoy , el editor en jefe de la revista, Jun Lou, y sus colegas abogan por una esfuerzo colectivo para abordar los desafíos de la investigación que podrían despejar el camino para la producción en masa a gran escala de materiales 2-D.
Lou y sus compañeros científicos de materiales de Rice, Ming Tang, Jing Zhang y Fan Wang se unieron a Vivek Shenoy de Penn para describir la transformación potencial en la tecnología de materiales 2-D que podría resultar de una sistemática, esfuerzo de toda la comunidad para mapear las formas de los cristales 2-D que se cultivan en laboratorios de todo el mundo a través de un proceso conocido como deposición química de vapor (CVD).
"Como copos de nieve en la naturaleza, Los cristales 2-D exhiben una rica variedad de morfologías bajo diferentes condiciones de crecimiento, " ellos escribieron.
Mapeando estos patrones de cristal únicos y compilando los mapas en una base de datos global, junto con las recetas para crear cada patrón, podría desbloquear una gran cantidad de información "para comprender, diagnosticar y controlar el proceso y el entorno CVD para el crecimiento de material 2-D, "escribieron los investigadores.
CVD es un proceso comúnmente utilizado para crear películas delgadas, incluyendo materiales comercialmente importantes en la industria de semiconductores. En una reacción típica de CVD, una hoja plana de material llamada sustrato se coloca en una cámara de reacción y los gases fluyen a través de la cámara de tal manera que reaccionan y forman una película sólida sobre el sustrato.
Una matriz de formas de cristal de dicalcogenuros de metales de transición 2D obtenidas con un microscopio electrónico de barrido. Crédito:MSNE / Rice University
Uno de los objetivos del campo es desarrollar software de computadora que pueda predecir con precisión las propiedades de una película delgada que resultará de la mezcla de gases reactivos específicos en condiciones específicas. La creación de tales modelos se complica tanto por una comprensión incompleta de los procesos físicos y químicos que tienen lugar durante la CVD como por la existencia de docenas de formatos de reactores CVD.
Catalogar la forma de los cristales producidos por experimentos de CVD podría proporcionar a los científicos de materiales información importante sobre su síntesis, de la misma manera que los mineralogistas recuperan pistas valiosas sobre la historia de la Tierra basándose en el examen de estructuras cristalinas naturales, Sugirieron Lou y sus colegas.
"Tomemos los hermosos copos de nieve como ejemplo, "escribieron los autores." Un hecho quizás sorprendente para muchos es que los cristales de nieve pueden exhibir muchas categorías diferentes de formas, que dependen de la temperatura y la sobresaturación de agua de la atmósfera en la que se forman ".
El científico japonés Ukichiro Nakaya, a través de extensas observaciones de copos de nieve tanto en la naturaleza como en el laboratorio, desarrolló una figura conocida como el diagrama de Nakaya para ayudar a descifrar la información en los copos de nieve. Al examinar las formas de un copo de nieve, y viendo dónde se encuentran esas formas en el diagrama de Nakaya, los científicos pueden determinar las condiciones atmosféricas exactas que produjeron el copo de nieve, a la que Nakaya se refirió poéticamente como "una carta del cielo".
Inspirado en el trabajo de Nakaya, Lou y sus colegas crearon un diagrama similar a Nakaya de patrones de cristales 2-D que se han producido a través de CVD y demostraron cómo este y otros diagramas de morfología podrían usarse para inferir pistas sobre variables de proceso como tasas de flujo de gas y temperaturas de calentamiento que produjeron cada patrón.
Gracias a los avances en imágenes en tiempo real y en sistemas automatizados que pueden producir grandes conjuntos de datos de estructuras cristalinas, los autores dijeron que existe "un potencial real para que el desarrollo de diagramas morfológicos se convierta en una práctica común y sirva como piedra angular del crecimiento de los cristales".
