Questi modelli a palla e bastone, a sinistra, raffigurano la struttura atomica increspata in modo univoco di un materiale chiamato fosforo nero. I grafici a destra mostrano i dettagli che descrivono l'esistenza di una proprietà esotica naturale in cui un materiale diventa più spesso quando viene allungato - l'opposto della maggior parte dei materiali - una scoperta che potrebbe portare a nuovi studi sulla scienza fondamentale del comportamento dei nanomateriali. Credito:immagine della Purdue University/Peide Ye
I ricercatori hanno confermato l'esistenza di una proprietà esotica naturale in cui un materiale diventa più spesso quando viene allungato - l'opposto della maggior parte dei materiali - una scoperta che potrebbe portare a nuovi studi sulla scienza fondamentale del comportamento dei nanomateriali.
Il fenomeno controintuitivo, chiamato comportamento auxetico, è stato ampiamente studiato in strutture ingegneristiche che hanno potenziali applicazioni in medicina, Ingegneria dei tessuti, armatura e "potenziamento dell'armatura fortificata".
Però, fino ad ora il comportamento non è stato confermato nei materiali naturali, disse Peide Ye, Richard J. e Mary Jo Schwartz Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica della Purdue University.
Il comportamento auxetico è stato scoperto in un materiale chiamato fosforo nero.
Il fenomeno è governato da una proprietà meccanica fondamentale dei materiali chiamata rapporto di Poisson, che caratterizza il comportamento di un materiale quando viene allungato. La maggior parte dei materiali quando vengono allungati diventano più sottili e quando vengono compressi diventano più spessi, e si dice che hanno un rapporto di Poisson positivo.
"Un rapporto di Poisson negativo è teoricamente possibile ma fino ad ora non lo è stato, con poche eccezioni di strutture artificiali, stato osservato sperimentalmente in qualsiasi materiale naturale, " Hai detto. "Ecco, mostriamo che il rapporto di Poisson negativo esiste nel materiale naturale fosforo nero."
I risultati sono dettagliati in un documento di ricerca apparso il 23 settembre sulla rivista Nano lettere .
"Fino ad ora, vi è stata una mancanza di prove sperimentali dalla misurazione della deformazione interna nei materiali auxetici, in particolare a livello atomico, è estremamente difficile, "Hai detto.
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia Raman per documentare il rapporto di Poisson negativo in modo estremamente sottile, singoli strati di fosforo nero chiamato fosforene. La ricerca si è svolta presso il Birck Nanotechnology Center nel Discovery Park di Purdue.
Il documento Nano Letters è stato scritto dal dottorando Yuchen Du; l'ex ricercatore associato Jesse Maassen; studenti laureati Wangran Wu e Zhe Luo; Xianfan Xu, il professore di ingegneria meccanica James J. e Carol L. Shuttleworth e professore di ingegneria elettrica e informatica; e si. Du ha effettuato la maggior parte degli esperimenti. Maassen ha svolto il lavoro teorico fondamentale per la ricerca. Ora è assistente professore di fisica alla Dalhousie University in Nuova Scozia, Canada.
I ricercatori si sono concentrati sulla struttura cristallina increspata in modo univoco del materiale in cui gli atomi sono disposti in uno schema ondulato. Come il silicio, il materiale possiede una banda proibita, un tratto essenziale per la capacità di un semiconduttore di accendersi e spegnersi nei circuiti elettronici. Il materiale ha anche una "mobilità del vettore" relativamente elevata, " nel senso che è molto conduttivo e potrebbe essere utile per applicazioni tecnologiche.
La ricerca futura includerà il lavoro per indagare se il rapporto di Poisson negativo esiste in altri cosiddetti materiali "bidimensionali", compresi strati estremamente sottili di grafite chiamati grafene.
