Sono tra le strutture più sottili della terra:i "materiali bidimensionali" sono cristalli costituiti da uno o pochi strati di atomi. Spesso mostrano proprietà insolite, promettendo molte nuove applicazioni nell'optoelettronica e nella tecnologia energetica. Uno di questi materiali è il solfuro di 2-D-molibdeno, uno strato atomicamente sottile di molibdeno e atomi di zolfo.

La produzione di tali cristalli ultrasottili è difficile. Il processo di cristallizzazione dipende da molti fattori diversi. Nel passato, tecniche diverse hanno prodotto risultati molto diversi, ma le ragioni di ciò non potevano essere spiegate con precisione. Grazie a un nuovo metodo sviluppato dai gruppi di ricerca della TU Wien, l'Università di Vienna e Joanneum Research in Stiria, per la prima volta è ora possibile osservare il processo di cristallizzazione direttamente al microscopio elettronico. Il metodo è stato presentato ora sulla rivista scientifica ACS Nano .

Dal gas al cristallo

"Il solfuro di molibdeno può essere utilizzato in celle solari trasparenti e flessibili o per generare in modo sostenibile idrogeno per lo stoccaggio di energia, "dice l'autore principale dello studio, Bernhard C. Bayer dell'Istituto di chimica dei materiali della TU Wien. "Per fare questo, però, i cristalli di alta qualità devono essere coltivati ​​in condizioni controllate."

Solitamente questo viene fatto partendo da atomi in forma gassosa e poi condensandoli su una superficie in modo casuale e non strutturato. In un secondo passaggio, gli atomi sono disposti in forma cristallina regolare - attraverso il riscaldamento, Per esempio. "Le diverse reazioni chimiche durante il processo di cristallizzazione sono, però, ancora poco chiaro, il che rende molto difficile sviluppare metodi di produzione migliori per materiali 2-D di questo tipo, "Bayer afferma.

Grazie a un nuovo metodo, però, dovrebbe ora essere possibile studiare accuratamente i dettagli del processo di cristallizzazione. "Ciò significa che non è più necessario sperimentare per tentativi ed errori, ma grazie ad una più profonda comprensione dei processi, possiamo dire con certezza come ottenere il prodotto desiderato, "Aggiunge Bayer.

Grafene come substrato

Primo, molibdeno e zolfo sono posti in modo casuale su una membrana di grafene. Il grafene è probabilmente il più noto dei materiali 2-D:un cristallo con uno spessore di un solo strato atomico costituito da atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d'ape. Gli atomi di molibdeno e zolfo disposti casualmente vengono quindi manipolati al microscopio elettronico con un sottile fascio di elettroni. Lo stesso fascio di elettroni può essere utilizzato contemporaneamente per visualizzare il processo e per avviare il processo di cristallizzazione.

In questo modo è ora possibile per la prima volta osservare direttamente come gli atomi si muovono e si riorganizzano durante la crescita del materiale con uno spessore di soli due strati atomici. "Così facendo, possiamo vedere che la configurazione termodinamicamente più stabile non deve necessariamente essere sempre lo stato finale, " Dice Bayer. Diverse disposizioni di cristallo competono tra loro, trasformarsi l'uno nell'altro e sostituirsi a vicenda. "Perciò, ora è chiaro il motivo per cui le indagini precedenti hanno avuto risultati così diversi. Abbiamo a che fare con un complesso, processo dinamico".