El grafeno es un material maravilloso bidimensional que se ha sugerido para una amplia gama de aplicaciones en energía, tecnología, construcción y más desde que se aisló por primera vez del grafito en 2004.
Esta única capa de átomos de carbono es resistente pero flexible, liviana pero de alta resistencia; se calcula que el grafeno es 200 veces más resistente que el acero y cinco veces más liviano que el aluminio.
El grafeno puede parecer perfecto, pero literalmente no lo es. Las muestras aisladas de este alótropo 2D no son perfectamente planas, con su superficie ondulada. El grafeno también puede presentar defectos estructurales que, en algunos casos, pueden ser perjudiciales para su función y, en otros, pueden ser esenciales para la aplicación elegida. Eso significa que la implementación controlada de defectos podría permitir el ajuste de las propiedades deseadas de los cristales bidimensionales de grafeno.
En un nuevo artículo publicado en The European Physical Journal D , Milivoje Hadžijojić y Marko Ćosić, ambos del Instituto Vinča de Ciencias Nucleares de la Universidad de Belgrado (Serbia), examinan la dispersión del arco iris de los fotones que pasan a través del grafeno y cómo revela la estructura y las imperfecciones de este maravilloso material.
Si bien existen otras formas de investigar las imperfecciones del grafeno, éstas tienen inconvenientes. Por ejemplo, la espectroscopia Raman no puede distinguir algunos tipos de defectos, mientras que la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución puede caracterizar defectos de la estructura cristalina con una resolución excepcional, pero los electrones energéticos que utiliza pueden degradar la red cristalina.
"El efecto arcoíris no es tan raro en la naturaleza. Se descubrió también en la dispersión de átomos y moléculas. Se detectó en experimentos de dispersión de iones en cristales delgados. Teóricamente hemos estudiado la dispersión de protones de baja energía en el grafeno y hemos demostrado que En este proceso también se produce el efecto arcoíris", afirma Hadžijojić. "Además, hemos demostrado que la estructura del grafeno y las vibraciones térmicas se pueden estudiar mediante el efecto de dispersión del arco iris de protones".
Usando un proceso llamado dispersión del arco iris, el dúo observó la difracción que tomaron cuando este pasó a través del grafeno y se creó el patrón "arcoíris".
Al caracterizar el patrón de difracción, los investigadores descubrieron que el grafeno perfecto daba un patrón de arco iris en el que la parte media era una sola línea y la parte interior demostraba un patrón con simetría hexagonal, una simetría que estaba ausente en el grafeno imperfecto.
Los científicos también concluyeron que tipos de defectos específicos producen sus propios patrones de arco iris distintos, y esto podría usarse en investigaciones futuras para identificar y caracterizar tipos de defectos en una muestra de grafeno.
"Nuestro enfoque es bastante único y podría servir como una útil técnica complementaria de caracterización del grafeno y materiales bidimensionales similares", afirma Hadžijojić.
Más información: M. Hadžijojić et al, Estudio del grafeno mediante dispersión de protones del arco iris, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00664-y
Información de la revista: Revista Europea de Física D
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