La teoria prevedeva l'esistenza di materiali composti da “piastrelle” pentagonali (viola, verde acqua, verde, e rosa). Ora, i ricercatori hanno dimostrato che questi materiali esistono. Gli scienziati hanno realizzato e caratterizzato i primi fogli composti da pentagoni di diseleniuro di palladio. Piuttosto che essere piatto, il materiale è increspato. L'immagine in alto mostra questa struttura raggrinzita con atomi di palladio blu e atomi di selenio d'oro. La struttura increspata porta a interessanti proprietà elettroniche. Queste piastrelle sono promettenti elementi costitutivi per l'elettronica stabile all'aria, fotonica, e altre tecnologie. Credito:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
Per la prima volta, i ricercatori hanno isolato e caratterizzato cristalli bidimensionali atomicamente sottili di pentagoni legati insieme in diseleniuro di palladio (PdSe2). La ricerca ha confermato le previsioni secondo cui la struttura raggrinzita sarebbe stata stabile.
La struttura unica del materiale si traduce in proprietà benefiche. Ha elettroni in rapido movimento. Anche, è stabile in aria. Altri semiconduttori 2-D non sono stabili in aria. Queste proprietà possono consentire usi avanzati nei rilevatori, celle solari, e transistor. Ulteriore, questo materiale potrebbe far avanzare la superconduttività per il flusso elettrico senza perdite, sensori piezoelettrici, e informatica a basso consumo energetico.
La maggior parte dei cristalli 2-D studiati fino ad oggi sono un reticolo di esagoni, ad esempio, grafene, dicalcogenuri di metalli di transizione, e fosforo nero e gli strati reticolari possono essere planari o increspati. La teoria prevedeva una famiglia di materiali cristallini 2-D con reticoli fatti di "piastrelle" pentagonali. I fogli di pentagoni sono insoliti anche in natura. Ora, un team guidato dall'Oak Ridge National Laboratory ha dimostrato sperimentalmente l'esistenza di un membro di questa famiglia. I ricercatori hanno utilizzato cristalli sfusi realizzati da un gruppo della Nanyang Technological University; hanno esfoliato i cristalli per ottenere strati raggrinziti di PdSe2. Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione ad alta risoluzione, hanno caratterizzato strati di diverso spessore. Spettroscopia ottica a microassorbimento, spettroscopia Raman, e i calcoli dei primi principi hanno mostrato che lo spessore dello strato ha modificato il gap di banda. Il band gap è l'intervallo di energia in un solido in cui non possono esistere stati elettronici. Lo spessore ha cambiato il band gap da 0 nella massa (più strati) a 1,3 elettronvolt in singoli monostrati. Questa scoperta apre la strada a materiali 2-D pentagonali con band gap regolabili, che possono portare nuove capacità all'elettronica e alla fotonica. La maggior parte dei materiali 2-D ha reticoli altamente simmetrici e, di conseguenza, mostrano un comportamento isotropo, cioè una proprietà fisica ha lo stesso valore se misurata in direzioni diverse. In contrasto, pentagonale 2-D PdSe2 è anisotropico, il che significa che i valori delle proprietà differiscono se misurati in direzioni diverse. I materiali 2-D pentagonali possono consentire un nuovo grado di libertà per la progettazione di dispositivi optoelettronici ed elettronici concettualmente nuovi non possibili utilizzando altri materiali 2-D. Inoltre, il materiale è stabile in aria, il che non è vero per molti altri semiconduttori 2-D. Per esempio, è meno suscettibile all'ossidazione del fosforo nero, un altro promettente materiale 2-D con un band gap sintonizzabile. La scoperta di ulteriori elementi costitutivi pentagonali potrebbe far avanzare le applicazioni nell'optoelettronica a bassa energia, piezoelettrici, termoelettrici, e spintronica.
