El grafeno y otras sustancias de un solo átomo de espesor son una categoría de materiales maravillosos, con investigadores de todo el mundo que investigan sus propiedades electrónicas para posibles aplicaciones en tecnologías tan diversas como las células solares, semiconductores novedosos, sensores, y almacenamiento de energía.

El mayor desafío para el diseño de estos materiales de una sola capa o 2-D en todos sus innumerables usos potenciales es la necesidad de una perfección y uniformidad átomo por átomo que puede ser difícil y meticuloso de lograr a escalas tan pequeñas. y difícil de evaluar también.

"Estamos tratando de ser más inteligentes que la naturaleza al ensamblar estos materiales, "dijo Michael C. Tringides, científico principal del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. y profesor de física en la Universidad Estatal de Iowa, que investiga las propiedades únicas de los materiales y metales 2-D cultivados en grafeno, grafito, y otras superficies recubiertas de carbono. "Y para hacerlo, estamos forzando a los átomos a ensamblarse de formas en que normalmente no lo harían. Uno de los mayores desafíos del campo es producir de manera confiable grafeno de alta calidad y otros materiales similares ".

Tringides y otros científicos del Laboratorio Ames han descubierto y confirmado un método que podría servir como una forma fácil pero confiable de probar la calidad del grafeno y otros materiales 2-D. Aprovecha los antecedentes muy amplios de la difracción de electrones de superficie, llamado el componente en forma de campana (BSC) que se correlaciona fuertemente con un patrón uniforme, o grafeno "perfecto".

Comprender la correlación tiene implicaciones para el control de calidad confiable de materiales 2-D en un entorno de fabricación.

"Este descubrimiento desafía la sabiduría convencional, pero la correlación entre este extraño fenómeno y el grafeno de alta calidad es inconfundible. En aplicación práctica, lo vemos extendiéndose a otros materiales 2-D de alto interés que son similares al grafeno al tener una uniformidad similar de una sola capa, "dijo Tringides.

El año pasado, Los investigadores del laboratorio Ames descubrieron a través de la difracción de electrones de baja energía, una técnica comúnmente utilizada en física para estudiar la estructura cristalina de las superficies de materiales sólidos, que los patrones de difracción amplios son un indicador que demuestra de manera confiable la alta calidad de un material 2-D. Era una característica del grafeno de alta calidad que esencialmente acechaba en el fondo, y se había pasado por alto en las investigaciones publicadas porque era exactamente lo contrario de lo que generalmente se acepta en los estudios de difracción:que solo nítido, deben estar presentes puntos de difracción brillantes. Debido a que ese hallazgo fue contradictorio, Se requirió más investigación en diferentes condiciones experimentales y para comprender el origen del BSC, dijo Tringides.

Primero, los científicos cultivaron grafeno recociendo, o calentándolo, a través de una gama de altas temperaturas, y comparando el crecimiento de la difracción BSC junto con el crecimiento de la otra, indicador generalmente aceptado de puntos de difracción nítidos. La evolución del amplio fondo de difracción reflejó de cerca la del punto más nítido, lo que demostró que están correlacionados. En segundo lugar, Luego, el grupo experimentó depositando átomos de metal (en este caso disprosio) en la superficie y debajo del grafeno. Llamada intercalación, este proceso de deposición es una de las formas en que los científicos pueden personalizar materiales 2-D para funciones específicas. En el segundo experimento, los científicos midieron el crecimiento del BSC durante la intercalación:débil cuando los átomos de metal están al principio desordenados, y luego aumentando a medida que los átomos de metal encajan en su lugar entre el grafeno y el sustrato, creando una capa uniforme. Entonces, aunque el BSC no era un patrón de difracción de libro de texto, su causa es la mecánica cuántica de los libros de texto, ya que los electrones se comprimen en una sola capa, sus vectores de onda deben extenderse, creando el patrón de difracción amplio.

La investigación se analiza con más detalle en el artículo "Alta uniformidad de capa de materiales bidimensionales demostrada sorprendentemente a partir de características amplias en la di ff ración de electrones de superficie, "escrito por S. Chen, M. Horn von Hoegen, P. A. Thiel, A. Kaminski, B. Schrunk, T. Speliotis, E. H. Conrad, y M. C. Tringides; y publicado en el Revista de letras de química física .