I fisici della Fondazione FOM e dell'Università di Leiden hanno trovato un modo per comprendere meglio le proprietà dei materiali "intelligenti" artificiali. Il loro metodo rivela come gli strati sovrapposti in un tale materiale lavorano insieme per portare il materiale a un livello superiore. Il leader del gruppo Sense Jan van der Molen e il suo team di ricerca pubblicheranno i loro risultati il ​​26 novembre 2015 in Comunicazioni sulla natura .

Possiamo progettare materiali intelligenti con proprietà completamente nuove? Un modo molto promettente per farlo è impilare strati estremamente sottili, spessi solo un atomo, in un materiale tridimensionale; una specie di panino. Abbastanza interessante, le proprietà di questi materiali compositi non sono determinate solo dalle proprietà dei singoli strati. Anche l'interazione tra gli strati gioca un ruolo significativo. Di conseguenza, un tale materiale stratificato può avere proprietà molto diverse da quelle che ci si potrebbe aspettare in base alla combinazione delle proprietà dei singoli strati; il tutto è più della somma delle parti. I fisici della FOM e dell'Università di Leiden hanno sviluppato una tecnica che consente loro di studiare l'interazione tra gli strati di materiale.

Struttura della banda

Le proprietà elettroniche di un materiale, espresso in quella che viene chiamata la struttura a bande, determinare come si comporta il materiale. La struttura a bande ti dice quale energia può avere un elettrone nel materiale e come questa energia dipende dalla velocità dell'elettrone. Ci sono energie consentite ("bande") ed energie proibite ("band gap"). Una gran parte di questa struttura a bande era precedentemente difficile da misurare. Il primo autore Johannes Jobst e i suoi colleghi hanno superato il problema utilizzando e aggiornando un microscopio speciale:un microscopio elettronico a bassa energia (LEEM).

Il microscopio spara elettroni con un'energia specifica sul materiale sondato. I ricercatori successivamente misurano quanti elettroni di varie energie vengono riflessi. Quando un elettrone in arrivo incontra uno stato non occupato nel materiale, non si riflette. Al contrario, quando non ci sono stati liberi con l'energia dell'elettrone in arrivo, il tasso di riflessione è alto. Usando questo metodo, i ricercatori possono misurare quali stati di elettroni occupati e non occupati sono presenti nel materiale stratificato e di conseguenza come appare la struttura a bande.

Facendo questo con varie pile di grafene, i ricercatori sono riusciti a rivelare come le bande associate ai diversi strati interagiscono tra loro. Il metodo ha un 100, Risoluzione spaziale 000 volte superiore rispetto ai metodi convenzionali. Questo è importante perché gli attuali materiali stratificati hanno una superficie estremamente piccola (molto più piccola di un millimetro quadrato).

Materiali di design

Non appena gli scienziati avranno una buona comprensione dell'interazione, potrebbero essere in grado di fare il passo successivo:"Vogliamo essere in grado di scegliere determinate proprietà in anticipo e successivamente impilare gli strati in modo tale da realizzare il materiale desiderato, " dice Sense Jan van der Molen. "Questi materiali di design sono l'obiettivo a lungo termine".