Ottant'anni dopo la previsione teorica della forza necessaria per superare il legame di van der Waals tra gli strati di un cristallo, i ricercatori di ingegneria della Tohoku University lo hanno misurato direttamente. Riportano i loro risultati questa settimana nel Rivista di fisica applicata .

Nella sua prova di concetto, il team ha anche creato cristalli di seleniuro di gallio più durevoli. Il risultato potrebbe far progredire lo sviluppo di tecnologie terahertz e spintronica, utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, dall'imaging medico ai computer quantistici.

"Questa è la prima volta che qualcuno ha misurato direttamente la forza di legame di van der Waals negli strati di un cristallo, "Tadao Tanabe, uno degli autori, disse. "Anche gli studenti delle scuole superiori conoscono questa forza, ma nei cristalli era molto difficile misurare direttamente."

Sebbene considerato promettente per molte tecnologie, l'uso dei cristalli di seleniuro di gallio è stato ostacolato dal fatto che sono notoriamente fragili. Per renderli più forti, La squadra di Tanabe, tra cui il collega del Dipartimento di Scienza dei Materiali Yutaka Oyama, immaginato cristalli in crescita con piccole quantità di selenio sostituite con il raro elemento tellurio.

I ricercatori hanno ipotizzato che la nuvola di elettroni più grande del tellurio produrrebbe maggiori forze di van der Waals tra gli strati di cristallo, rafforzamento della struttura complessiva. I Van der Waals sono deboli forze elettriche che attraggono gli atomi l'uno verso l'altro attraverso sottili cambiamenti nelle configurazioni elettroniche dell'atomo.

Il team è cresciuto e ha confrontato tre diversi tipi di cristalli:un seleniuro di gallio puro, uno con lo 0,6 percento di tellurio e uno con il 10,6 percento di tellurio. Per testare l'effetto sul tellurio sul legame tra gli strati, il team ha inventato l'equivalente di un apriscatole in cristallo. Il loro sistema è in grado di misurare con squisito dettaglio la resistenza alla trazione, la forza necessaria per tirare il cristallo finché non si rompe.

"Il sistema di prova di trazione è per certi versi molto semplice, " ha detto Tanabe. "Ma è stato molto difficile sviluppare un modo per identificare il punto esatto in cui il cristallo si è rotto".

I cristalli testati erano di circa 3 millimetri di larghezza, e solo 1/5 di millimetro di spessore, circa la metà dello spessore di un pezzo di carta per stampante standard. Ogni cristallo è composto da centinaia di singoli strati.

Il team ha utilizzato uno speciale nastro biadesivo su entrambi i lati di un cristallo per tenerlo tra un palco ancorato e uno mobile che potrebbe essere tirato via lentamente, ad una velocità di 50 milionesimi di metro al secondo. "Questo ci ha permesso di misurare in modo molto preciso la forza interstrato alla quale il cristallo si è rotto, " ha detto Tanabe.

I ricercatori hanno scoperto che il legame interstrato van der Waals nei cristalli drogati con tellurio era sette volte più forte rispetto a quelli di seleniuro di gallio puro.

Con l'aggiunta di tellurio, il cristallo di seleniuro di gallio morbido e scindibile diventa rigido aumentando la forza di legame di van der Waals, gli autori riferiscono, aprendo la strada all'utilizzo di questo sistema per migliorare le tecnologie basate sui cristalli.