Nadie puede disparar una bala a través de un plátano de tal manera que se perfore la piel pero el plátano permanece intacto. Sin embargo, a nivel de capas atómicas individuales, Los investigadores de TU Wien (Viena) ahora han logrado tal hazaña:desarrollaron un método de nanoestructuración con el que ciertas capas de material pueden perforarse con extrema precisión y otras dejarlas completamente intactas. aunque el proyectil penetra todas las capas, esto es posible gracias a la ayuda de iones muy cargados. Se pueden utilizar para procesar selectivamente las superficies de nuevos sistemas de materiales 2-D, por ejemplo, para anclar ciertos metales en ellos, que luego pueden servir como catalizadores. El nuevo método ya se ha publicado en la revista. ACS Nano .

Nuevos materiales a partir de capas ultrafinas

Los materiales que se componen de varias capas ultrafinas se consideran un nuevo y apasionante campo de investigación de materiales. El grafeno de material de alto rendimiento, que consta de una sola capa de átomos de carbono, se ha utilizado en muchos materiales nuevos de película fina con nuevas propiedades prometedoras.

"Investigamos una combinación de grafeno y disulfuro de molibdeno. Las dos capas de material se ponen en contacto y luego se adhieren entre sí mediante fuerzas débiles de van der Waals, "dice la Dra. Janine Schwestka del Instituto de Física Aplicada de TU WIen y primera autora de la publicación actual." El grafeno es un director muy bueno, El disulfuro de molibdeno es un semiconductor, y la combinación podría ser interesante para la producción de nuevos tipos de dispositivos de almacenamiento de datos ".

Para ciertas aplicaciones, sin embargo, la geometría del material debe procesarse específicamente en una escala de nanómetros, por ejemplo, para cambiar las propiedades químicas agregando tipos adicionales de átomos o para controlar las propiedades ópticas de la superficie. "Hay diferentes métodos para esto, "explica Janine Schwestka." Puede modificar las superficies con un haz de electrones o con un haz de iones convencional. Con un sistema de dos capas, sin embargo, siempre existe el problema de que el rayo afecta a ambas capas al mismo tiempo, incluso si se supone que solo uno de ellos debe modificarse.

Dos tipos de energía.

Cuando se usa un haz de iones para tratar una superficie, suele ser la fuerza del impacto de los iones lo que afecta al material. En TU Wien, sin embargo, se utilizan iones relativamente lentos, que se cargan de forma múltiple. "Aquí se deben distinguir dos formas diferentes de energía, "explica el profesor Richard Wilhelm." Por un lado, está la energía cinética, que depende de la velocidad a la que los iones impactan en la superficie. Por otra parte, existe la energía potencial, que está determinada por la carga eléctrica de los iones. Con haces de iones convencionales, la energía cinética juega un papel decisivo, pero para nosotros la energía potencial es particularmente importante ".

Existe una diferencia importante entre estas dos formas de energía:mientras que la energía cinética se libera en ambas capas de material al penetrar en el sistema de capas, la energía potencial se puede distribuir de manera muy desigual entre las capas:"El disulfuro de molibdeno reacciona muy fuertemente a los iones altamente cargados, ", dice Richard Wilhelm." Un solo ión que llega a esta capa puede eliminar decenas o cientos de átomos de la capa. Lo que queda es un agujero que se puede ver muy claramente con un microscopio electrónico ". La capa de grafeno, por otra parte, que el proyectil golpea inmediatamente después, permanece intacta:la mayor parte de la energía potencial ya se ha liberado.

El mismo experimento también se puede revertir, de modo que el ion altamente cargado golpea primero el grafeno y solo luego la capa de bisulfuro de molibdeno. En este caso, Ambas capas permanecen intactas:el grafeno proporciona al ion los electrones necesarios para neutralizarlo eléctricamente en una pequeña fracción de segundo. La movilidad de los electrones en el grafeno es tan alta que el punto de impacto también se "enfría" inmediatamente. El ion atraviesa la capa de grafeno sin dejar un rastro permanente. Después, ya no puede causar mucho daño en la capa de bisulfuro de molibdeno.

"Esto nos proporciona ahora un método nuevo y maravilloso para manipular superficies de manera específica, ", dice Richard Wilhelm." Podemos agregar nano-poros a las superficies sin dañar el material del sustrato debajo. Esto nos permite crear estructuras geométricas que antes eran imposibles ". De esta manera, es posible crear "máscaras" a partir de bisulfuro de molibdeno perforado exactamente como se desee, sobre el que luego se depositan ciertos átomos de metal. Esto abre posibilidades completamente nuevas para controlar el producto químico, propiedades electrónicas y ópticas de la superficie.