Un'immagine anulare in campo scuro ad alto angolo di puro diseleniuro di renio. Nella chiave in basso a destra, gli atomi di renio sono blu e gli atomi di selenio gialli. Credito:Oak Ridge National Laboratory
La sostituzione degli atomi nel processo di creazione di leghe bidimensionali non solo consente loro di essere personalizzati per le applicazioni, ma può anche renderli magnetici, secondo gli scienziati della Rice University e i loro collaboratori.
Un nuovo documento in Advanced Materials delinea come i ricercatori di Rice, Laboratorio nazionale di Oak Ridge, la University of Southern California (USC) e la Kumamoto University in Giappone hanno utilizzato la deposizione chimica da fase vapore (CVD) per realizzare fogli dello spessore di un atomo e, nello stesso passo, adattare le loro proprietà aggiungendo altri elementi attraverso un processo noto come doping.
Hanno scoperto di sorpresa che potevano anche conferire proprietà magnetiche ai fogli 2-D.
I laboratori hanno lavorato con dicalcogenuri di metalli di transizione, leghe che combinano un metallo di transizione e atomi di calcogeno in un unico materiale. I metalli di transizione sono elementi stabili che cadono al centro della tavola periodica. I calcogeni includono zolfo, selenio e tellurio, anche vicini tra loro nella tabella.
Aggiungendo un elemento drogante al mix durante CVD, i ricercatori hanno mostrato che era possibile riorganizzare gli atomi sui risultanti fogli di cristallo 2-D. Hanno dimostrato diverse configurazioni e hanno scoperto che potevano sostituire alcuni atomi a titolo definitivo con il drogante. Questi cambiamenti fisici hanno portato a cambiamenti nelle proprietà meccaniche ed elettroniche dei cristalli piatti, ha detto Chandra Sekhar Tiwary, co-autrice e ricercatrice post-dottorato di Rice.
Un'immagine del diseleniuro di molibdeno drogato con renio mostra come la struttura atomica del materiale sia stata riorganizzata dall'aggiunta. La chiave mostra le posizioni degli atomi di renio in blu, selenio in giallo e molibdeno in rosso. Credito:Oak Ridge National Laboratory
Il laboratorio Rice di Pulickel Ajayan ha guidato il progetto per testare le teorie dei ricercatori della USC che hanno calcolato che il drogaggio dei materiali avrebbe forzato una transizione di fase nei cristalli 2-D. Il team di Rice ha confermato la teoria secondo cui l'aggiunta di renio in varie quantità al diseleniuro di molibdeno durante la crescita consentirebbe loro di adattare le sue proprietà modificando la sua struttura atomica. Le firme magnetiche erano un bonus.
"Generalmente, quando crei un materiale magnetico, si parte da elementi magnetici come il ferro o il cobalto, " ha detto lo studente laureato e co-autore principale Amey Apte. "Rhenium, all'ingrosso, non è un materiale magnetico, ma si scopre che è in certe combinazioni su scala atomica. Ha funzionato in modo fantastico in questo caso."
I ricercatori hanno affermato che le proprietà magnetiche scoperte potrebbero rendere le leghe 2-D interessanti per coloro che progettano dispositivi spintronici.
