Scissione nanomeccanica di strati atomici di bisolfuro di molibdeno. (a sinistra) Schemi del setup sperimentale all'interno di HRTEM. (al centro) Immagine TEM di una nanosonda di tungsteno fortemente incisa a contatto con il MoS 2 cristallo singolo deliberatamente posizionato con (0002) piani atomici basali visti di taglio. (a destra) Immagine HRTEM di un MoS . spaccato 2 monostrato atomico.
La più semplice tecnica di scissione meccanica che utilizza un primitivo nastro "Scotch" ha portato alla scoperta del grafene, premiata con il premio Nobel, ed è attualmente utilizzata in tutto il mondo per assemblare grafene e altre strutture bidimensionali (2D) simili al grafene per il loro utilizzo in nuove dispositivi nanoelettronici ad alte prestazioni.
La semplicità di questo metodo ha avviato una ricerca in forte espansione sui materiali 2D. Però, i processi atomistici alla base della scissione micromeccanica sono ancora poco conosciuti.
Un team unito di sperimentalisti e teorici dell'International Center for Young Scientists, Centro internazionale per la nanoarchitettura dei materiali e l'unità di fisica e struttura delle superfici dell'Istituto nazionale per la scienza dei materiali, Università Nazionale della Scienza e della Tecnologia "MISiS" (Mosca, Russia), La Rice University (USA) e l'Università di Jyväskylä (Finlandia) guidate da Daiming Tang e Dmitri Golberg sono riuscite per la prima volta a comprendere completamente la fisica, cinetica ed energetica alla base della tecnica "Scotch-tape" che utilizza strati atomici di bisolfuro di molibdeno (MoS2) come materiale modello.
I ricercatori hanno sviluppato una tecnica di sondaggio diretto in situ in un microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM) per studiare i processi di scissione meccanica e i comportamenti meccanici associati. Manipolando con precisione una sonda metallica ultra affilata per contattare i gradini cristallini preesistenti del MoS 2 cristalli singoli, fiocchi atomicamente sottili sono stati delicatamente staccati, che vanno selettivamente da un singolo, raddoppiare a più di 20 strati atomici. Il team ha scoperto che i comportamenti meccanici dipendono fortemente dal numero di strati. La combinazione di HRTEM in situ e simulazioni di dinamica molecolare rivelano una trasformazione del comportamento di flessione dall'increspatura spontanea ( <5 strati atomici) a curvatura omogenea (~ 10 strati), e infine all'attorcigliamento (20 o più strati).
Considerando l'equilibrio delle forze vicino al punto di contatto, l'energia superficiale specifica di un MoS 2 strato monoatomico è stato calcolato essere ~ 0,11 N/m. Questa è la prima volta che questa proprietà di fondamentale importanza è stata misurata direttamente.
Dopo l'isolamento iniziale dal cristallo madre, il MoS 2 il monostrato potrebbe essere facilmente riposizionato sulla superficie del cristallo, dimostrando la possibilità dell'epitassia di van der Waals. MoS 2 gli strati atomici potrebbero essere piegati in modo reversibile fino a piccoli raggi finali (1,3 ~ 3,0 nm) senza frattura. Tale ultra-reversibilità ed estrema flessibilità dimostra che potrebbero essere candidati meccanicamente robusti per i dispositivi elettronici flessibili avanzati anche in condizioni di piegatura estreme.
