Ciencia e Ingeniería de Materiales: Materiales 2D

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martes, 15 de diciembre de 2020

Control de bordes en materiales 2D

diciembre 15, 2020

 


  

Resumen: Investigadores vuelven posible controlar los bordes de materiales bidimensionales a través de un producto químico “mágico” en la forma de peróxido de hidrógeno. Con eso es posibles obtener avances en las áreas de tecnologías y nanociencia.



Materiales ultra finos como e grafeno prometen una revolución en la nanociencia y tecnología. Investigadores de Chalmers University of Technology, en Suecia, publicaron un estudio en Nature Communications en el cual muestran un método para controlar los bordes de materiales bidimensionales.

“Nuestro método vuelve posible controlar los bordes, átomo por átomo, de una forma fácil y escalonable, usando a penas calentamiento con productos químicos ecológicos, como el peróxido de hidrógeno”, dice Battulga Munkhbat, un investigador de postdoctorado en el Departamento de Física de Chalmers University of Technology y primer autor del artículo.

Un material tan fino como una única capa atómica es conocido como material bidimensional o 2D. El ejemplo más conocido es el grafeno. Desarrollados futuros dentro del campo bidimensional pueden beneficiarse del estudio de una característica particular inherente en tales materiales, sus bordes. Controlar los bordes es un problema desafiante, porque ellas son más importantes para caracterizar sus propiedades. Como pueden existir diferencias en las propiedades físicas, se puede esperar que las propiedades químicas de los bordes también sean diferentes.

Investigadores descubrieron un producto químico “mágico” en la forma de peróxido de hidrógeno común. La “mágica” química opera de una manera llamada autolimitante, eliminando material indeseado, átomo por átomo, y finalmente resultante en bordes automáticamente nítidos.

El nuevo método, que incluye una combinación de métodos litográficos padrón de arriba para abajo con un nuevo proceso que elimina químicamente capas de la superficie por medios húmedo anisótropo, vuelve posible crear bordes perfectos en materiales bidimensionales.

Esos y otros materiales relacionado atraen la atención significativa de la investigación, pues permiten avances cruciales en la nanociencia y tecnología, con aplicaciones potenciales que van desde la electrónica cuántica a nuevos tipos de nanodispositivos. Esas esperanzas son notadas en el Graphene Flagship, la mayor iniciativa de investigación de Europa, coordinada por Chalmers University of Technology.

Para convertir la nueva tecnología disponible para laboratorios de investigación y empresas de alta tecnología, los investigadores fundaron una empresa startup que ofrece materiales TMD (dicalcogenuros de metales de transición) atómicamente nítidos de alta calidad. Los investigadores también planean desarrollar aplicaciones para esos metamateriales atómicamente nítidos.





Referencia:

Battulga Munkhbat et al, Transition metal dichalcogenide metamaterials with atomic precision, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-18428-2


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA 

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miércoles, 9 de diciembre de 2020

Capas 2D de platino usadas como sensor químico

diciembre 09, 2020


 

 

 

Resumen: Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, descubrieron la posibilidad de preparar capas 2D de platino con un átomo de grosor para ser usado como sensor químico por el método de deposición física de vapor.



Un esquema de átomos de platino depositado en la superficie del carbono, que es un material aislante 2-D semejante al grafeno desarrollado epitaxialmente en carburo de silicio, que permite el crecimiento bidimensional del platino. El objetivo de la investigación es el desarrollo de materiales 2-D además del grafeno.

“En pocas palabras, conseguimos hacer una capa de metal con apenas un átomo de grosor, una especia de nuevo material. Descubrimos que este metal atómicamente fino es muy sensible al ambiente químico. Su resistencia eléctrica cambia significativamente cuando interactúa con gases, “explica Kyung Ho Kim, posdoctor en el Laboratorio de Física de Dispositivos Cuánticos del Departamento de Microtecnología y Nanociencia de Chalmers y principal autor del artículo.

“La fina capa atómica de platino puede ser usado para la detección eléctrica ultra sensible y rápida de productos químico. Estudiamos el caso del platino, pero otros metales como el paladio producen resultados semejantes”, dice Samuel Lara Avila, profesor asociado del Laboratorio de Física Quantum Device y uno de los autores del artículo.

Con eso, los investigadores consiguieron detectar gases tóxicos en el nivel de parte por millón. Eso fue demostrado con la detección de benceno, un compuesto que es cancerígeno aun en concentraciones muy pequeñas y para el cual no existe ningún aparato de detección de bajo costo. Usar metales atómicamente finos puede llevarnos a futuras aplicaciones de verificación de la calidad del aire.

Sin embargo, aumentar la sensibilidad de los sensores de gas de estado sólido incorporando materiales nanoestructurados como el elemento de detección activo puede ser complicado por efectos en las interfaces, que puede limitar la lectura del sensor.

Este trabajo relata la preparación de capas de platino en grosor de un átomo, por deposición física a vapor sobre la capa de carbono cero (también conocida como capa tampón) crecida epitaxialmente en carburo de silicio. Con una capa fina de Pt de 3-4 Å, a conductividad eléctrica del metal es fuertemente modulada al interactuar con analitos químicos.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista científica Advanced Material Interfaces.






Referencia:

Joshua Worth. Single-atom-thin platinum makes a great chemical sensor. Chalmers University of Technology. Phys.org, setiembre de 2020; DOI: 10.1002/admi.201902104


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA 

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jueves, 27 de agosto de 2020

Ingenieros crean una nueva manera de almacenar datos

agosto 27, 2020

 



Resumen: Los investigadores inventaron una manera de deslizar capas atómicamente finas de materiales 2D una sobre otra para almacenar datos, en menos espacio y usando menos energía.



Un grupo de investigación de Stanford creó una manera de almacenar datos deslizando camadas atómicas finas de metal una sobre otra. Con eso, es posible guardar más datos en menos espacio que en los chips de Silicio, además de usar menos energía. La investigación liderada por Aaron Lindenberg, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de Stanford, sería una innovación en almacenamiento de memoria no volátil que los computadores de hoy realizan con tecnologías basadas en silicio.


La innovación está basada en una clase de metales recién descubierta que forma capas increíblemente finas, en este caso con apenas tres átomos de grosor. Los investigadores apilaron esas capas hechas de un metal conocido como ditellurida de tungsteno. “La organización de las capas se vuelve un método para codificar informaciones”, dice Lindenberg creando algo que almacene daros binarios.


Para leer los datos almacenados entre esas capas variables de atomos, los investigadores exploraron una propiedad cuántica conocida como curvatura de Berry, que actúa como un campo magnético para manipular los electrones en el material y leer el arreglo de las capas sin perturbar la pila.


Jun Xiao, investigador de posdoctorado en el laboratorio de Lindenberg y primer autor del artículo, dice que es necesario poca energía para cambiar las capas de un lado para otro. Eso significa que debe usar menos energía para “grabar” un cero o uno en el nuevo dispositivo del que es necesario para las tecnologías de memoria no volátil de hoy. Además de eso, con base en investigaciones del mismo grupo publicado en la revista Nature, el deslizamiento de las capas atómicas puede ocurrir tan rápido que con las tecnologías actuales.


El design del dispositivo prototipo se basó en parte en cálculos teóricos. Despues que fue observado resultados experimentales consistentes con las previsiones teóricas, fueron hechos cálculos adicionales que los llevaron a creer que refinamientos adicionales en su design mejorarían mucho la capacidad de almacenamiento, abriendo camino para una nueva y distante clase más poderosa de memoria no volátil usando materiales 2D ultra finos.


El equipo patentó su tecnología mientras mejora aún más su prototipo y design de memoria. Ellos también planean buscar otros materiales 2D que puedas funcionar aún mejor como medio de almacenamiento de datos que los la ditellurita de tungsteno.

Según Lindenberg, la conclusión científica “es que pequeños ajustes es esas capas ultra finas ejercen una gran influencia en sus propiedades. Podemos usar ese conocimiento para proyectar dispositivos nuevos y con eficiencia de energía en dirección a un futuro sustentable e inteligente”.

Referencia:

Andrew Myers. Engineers invent a way to store data without using silicon chipsStanford Engineering – Materials Science and Engineering, 30 de junho de 2020.


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA
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