Las isosuperficies amarillas en el panel izquierdo indican electrones localizados entre los trímeros C3. La estructura ionizada de la derecha no tiene electrones atrapados, y algunos de los átomos de M se han desplazado en gran medida. Este desplazamiento de los átomos de M vuelve a estabilizar significativamente la estructura ionizada. Crédito:Soungmin Bae y Hannes Raebiger
Una investigación exploratoria sobre el comportamiento de materiales con propiedades eléctricas deseables ha dado como resultado el descubrimiento de una fase estructural de materiales bidimensionales (2D). La nueva familia de materiales son electrides, donde los electrones ocupan un espacio normalmente reservado para átomos o iones en lugar de orbitar el núcleo de un átomo o ión. El establo, energía baja, Los materiales sintonizables podrían tener aplicaciones potenciales en nanotecnologías.
El equipo de investigación internacional, dirigido por Hannes Raebiger, profesor asociado en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de Yokohama en Japón, publicaron sus resultados el 10 de junio como portada de Materiales funcionales avanzados .
Inicialmente, el equipo se propuso comprender mejor las propiedades fundamentales de un sistema 2D conocido como Sc 2 CO 2 . Que contiene dos átomos de escandio metálico, un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, el sistema pertenece a una familia de compuestos químicos denominados colectivamente MXenes. Por lo general, están compuestos por una capa de carbono o nitrógeno de un átomo de espesor intercalada entre capas de metal, salpicado de átomos de oxígeno o flúor.
Los investigadores estaban particularmente interesados en MXene Sc 2 CO 2 debido a las predicciones de que cuando se estructura en una fase hexagonal, el sistema tendría las propiedades eléctricas deseadas.
"A pesar de estas fascinantes predicciones de las fases hexagonales de Sc 2 CO 2 , no somos conscientes de su exitosa fabricación hasta el momento, "dijo Soungmin Bae, primer autor e investigador del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Yokohama. "Analizando sus propiedades fundamentales, descubrimos una fase estructural completamente nueva ".
La nueva fase estructural da como resultado nuevos materiales eléctricos. La fase estructural 2D de espesor atómico se describe como formas en mosaico que forman el plano de carbono central. La forma previamente predicha era un hexágono, con un átomo de carbono en cada vértice y uno en el medio. Los nuevos materiales tienen forma de rombo, con electrones en los vértices y un trímero de carbono (tres átomos de carbono en fila) en el medio.
"El carbono es uno de los materiales más comunes en nuestro planeta, y bastante importante para los seres vivos, pero casi nunca se encuentra en forma de trimers, ", Dijo Raebiger." El lugar más cercano donde se encuentran típicamente trímeros de carbono es el espacio interestelar ".
La forma general es menos simétrica que la estructura hexagonal descrita anteriormente, pero es más simétrico con respecto al plano central. Esta estructura ofrece características únicas debido a la aparición de la nueva familia de electrides, según Raebiger.
"Las electridas contienen electrones como una unidad estructural y, a menudo, son conductores eléctricos extremadamente buenos, ", Dijo Raebiger." La familia actual de electrides son aislantes, y aunque la mayoría de los aisladores se pueden hacer conductores agregando o quitando electrones, estos materiales simplemente se vuelven más aislantes ".
Los MXenes son particularmente atractivos como material, porque se pueden reconfigurar con otros elementos metálicos para ofrecer una cornucopia de propiedades, incluida la conductividad sintonizable, diversas formas de magnetismo, y / o acelerar reacciones químicas como catalizadores. En la parte superior de esta, son láminas ultrafinas de solo unos pocos átomos de espesor, es decir, Materiales 2D. Los electridos recién descubiertos tienen electrones en vacíos reticulares entre átomos e iones, que se puede emitir fácilmente al espacio circundante, como las fuentes de electrones para aceleradores de partículas grandes, así como tomar prestado para catalizar una reacción química específicamente deseada.
"Hicimos este descubrimiento porque queríamos comprender cómo funcionan mejor estos materiales, "Bae dijo." Si encuentras algo que no entiendes, excavar más hondo."
Los coautores incluyen a William Espinosa-García y Gustavo M. Dalpian, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Brasil; Yoon-Gu Kang y Myung Joon Han, Departamento de Física, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea; Juho Lee y Yong-Hoon Kim, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea; Noriyuki Egawa, Kazuaki Kuwahata y Kaoru Ohno, Departamento de Física de la Universidad Nacional de Yokohama; y Mohammad Khazaei y Hideo Hosono, Centro de investigación de materiales para la estrategia de elementos, Instituto de Tecnología de Tokio. Espinosa-García también está afiliada al Grupo de investigación en Modelamienot y Simulación Computacional, Facultad de Ingenierías, Universidad de San Buenaventura-Medellín.
