Mettendo in mezzo, Gli atomi di fluoro aiutano un materiale bidimensionale a trasformarsi da semiconduttore a metallo in un modo che potrebbe essere molto utile per l'elettronica e altre applicazioni.

Uno studio condotto dallo scienziato dei materiali della Rice Pulickel Ajayan e dall'autore principale Sruthi Radhakrishnan descrive in dettaglio un nuovo metodo per trasformare il disolfuro di tungsteno da semiconduttore a uno stato metallico.

Altri laboratori hanno ottenuto la trasformazione aggiungendo elementi al materiale – un processo noto come doping – ma il cambiamento non è mai stato stabile prima d'ora. I test e i calcoli della Rice hanno mostrato blocchi di disolfuro di tungsteno fluorurante nel nuovo stato, che ha proprietà ottiche e magnetiche uniche.

I ricercatori hanno anche notato l'effetto della trasformazione sulle proprietà tribologiche del materiale, una misura dell'attrito, lubrificazione e usura. In breve, l'aggiunta di fluoro rende il materiale più scivoloso a temperatura ambiente.

Il lavoro del laboratorio è dettagliato in Materiale avanzato .

Il disolfuro di tungsteno è un dicalcogenuro di metallo di transizione (TMD), un semiconduttore dello spessore di un atomo. A differenza del grafene, che è un reticolo piatto di atomi di carbonio, un TMD incorpora due elementi, uno un atomo di metallo di transizione (in questo caso, tungsteno) e l'altro (zolfo) un calcogeno. Il materiale non è rigorosamente piatto; lo strato di metallo di transizione è racchiuso tra il calcogeno, formando un reticolo a tre strati.

I TMD sono potenziali elementi costitutivi con altri materiali 2-D per lo stoccaggio di energia, elettrocatalisi e lubrificazione, tutto ciò è influenzato dalla trasformazione di fase ormai stabile.

Poiché gli atomi di fluoro sono molto più piccoli dello spazio di 0,6 nanometri tra gli strati di tungsteno e zolfo, i ricercatori hanno detto che gli atomi invasivi si fanno strada nel mezzo, interrompendo il reticolo ordinato del materiale. Il fluoro permette agli aerei di zolfo di planare da una parte o dall'altra, e il conseguente commercio di elettroni tra il fluoro e lo zolfo spiega anche le proprietà uniche.

"E' stata sicuramente una grande sorpresa. Quando abbiamo iniziato questo lavoro, una trasformazione di fase era l'ultima cosa che ci aspettavamo di vedere." ha detto Radhakrishnan, un ex studente laureato nel laboratorio di Ajayan e ora ingegnere di moduli presso Intel Corp. a Hillsboro, Minerale.

"È davvero sorprendente che le caratteristiche di attrito del disolfuro di tungsteno fluorurato siano completamente diverse dal grafene fluorurato che è stato studiato prima, " ha detto il co-autore Tobin Filleter, professore associato di ingegneria meccanica presso l'Università di Toronto. "Questa è una motivazione per studiare materiali 2-D simili per esplorare un comportamento così interessante".

I ricercatori hanno affermato che il fluoro sembra non solo ridurre il bandgap e rendere il materiale più conduttivo, ma provoca anche difetti che creano "isole" metalliche lungo la superficie del materiale che mostrano anche proprietà paramagnetiche e ferromagnetiche. "Queste regioni di disolfuro di tungsteno metallico sono magnetiche e interferiscono tra loro, creando interessanti proprietà magnetiche, " ha detto Radhakrishnan.

Ulteriore, perché gli atomi di fluoro sono elettricamente negativi, sono anche sospettati di cambiare la densità elettronica degli atomi vicini. Questo cambia le proprietà ottiche del materiale, rendendolo un candidato per applicazioni di rilevamento e catalisi. Radhakrishnan ha suggerito che i materiali potrebbero essere utili anche nella loro fase metallica come elettrodi per supercondensatori e altre applicazioni di accumulo di energia.

Radhakrishnan ha detto che diverse concentrazioni di fluoro alterano la proporzione di cambiamento nella fase metallica, ma il cambiamento è rimasto stabile in tutte e tre le concentrazioni studiate dal laboratorio.

"La trasformazione di fase, il cambiamento delle proprietà con la funzionalizzazione da parte del fluoro e le sue variazioni magnetiche e tribologiche sono molto eccitanti, " Ha detto Ajayan. "Questo può essere esteso ad altri materiali stratificati 2-D e sono sicuro che aprirà alcune applicazioni accattivanti".