Struttura atomica del MAC da TEM. Credito: Natura (2020). DOI:10.1038/s41586-019-1871-2
Plastica, vetro e gel, noti anche come materiali amorfi sfusi, sono oggetti quotidiani per tutti noi. Ma per i ricercatori, questi materiali sono stati a lungo enigmi scientifici, in particolare quando si tratta della loro composizione atomica, che manca della rigida struttura ordinata dei cristalli che si trova nella maggior parte dei solidi come i metalli, diamanti e sali.
Sebbene generalmente ritenuto dalla comunità scientifica come reti casuali continue di atomi, una lunga data, esisteva una domanda fondamentale:i materiali amorfi sono veramente reti casuali continue o hanno nanocristalli incorporati al loro interno?
Ora, finalmente abbiamo le risposte, grazie a un nuovo studio che descrive in dettaglio i primi esperimenti di successo in crescita, imaging con risoluzione atomica, e studiando le proprietà del carbonio amorfo bidimensionale. Il giornale appare oggi in Natura ed è pubblicato da un team internazionale di ricercatori, tra cui Socrate Pantelide, Illustre professore universitario di fisica e ingegneria presso la Vanderbilt University.
"Per la prima volta, grazie alla scoperta di questo materiale monostrato, siamo in grado di confermare la composizione di una struttura amorfa come una rete casuale contenente nanocristalli, fornendo una forte evidenza a un lato del dibattito primordiale, " ha detto Pantelides. "Ma questo lavoro non fornisce solo risposte; Presenta un fisico, materiale in carbonio bidimensionale, distinto dal lodato grafene, con applicazioni potenzialmente promettenti nel nostro futuro."
Future applicazioni del dispositivo del materiale, secondo Pantelides, potrebbe includere barriere anticorrosione per i dischi rigidi magnetici nei futuri computer e per gli elettrodi collettori di corrente nelle batterie.
I ricercatori del NUS hanno creato il primo film di carbonio amorfo atomicamente sottile al mondo. La struttura amorfa ha una distanza da atomo ad atomo molto variabile a differenza dei cristalli. Ciò è dovuto alla disposizione casuale di cinque, sei-, anelli a sette e otto atomi di carbonio in una rete planare di carbonio, portando a un'ampia distribuzione delle lunghezze di legame (in ) e degli angoli di legame. Credito:Università Nazionale di Singapore
Le domande sulla composizione del materiale amorfo sono persistite per anni a causa di problemi tecnologici di lunga data per i ricercatori, che includevano limitazioni nella microscopia su piccola scala che impedivano ai fisici di visualizzare accuratamente i materiali amorfi tridimensionali su scala atomica. E mentre i ricercatori sono stati in grado di visualizzare con precisione monostrati amorfi, tali monostrati sono stati fino ad ora fabbricati utilizzando fasci di elettroni ad alta energia per disordinare i monostrati cristallini.
Il primo monostrato stabile di carbonio amorfo, cresciuto da un team guidato da Barbaros Özyilmaz della National University of Singapore e ripreso dal gruppo di Kazu Suenaga nella città della scienza di Tsukuba, Giappone, rende questi problemi problemi del passato.
Un fisico teorico, Il professor Pantelides ha lavorato in remoto con i team di Singapore e Tokyo per integrare i dati sperimentali, fondamenti di teoria, e risultati dei calcoli. Un ex studente laureato di Pantelides, Junhao Lin, un borsista post-dottorato nel gruppo Suenaga, eseguito la microscopia chiave. Il borsista post-dottorato di Vanderbilt Yun-Peng Wang ha costruito un modello appropriato ed eseguito calcoli.
Il metodo di crescita, che utilizza un substrato freddo, e utilizza un laser per fornire energia in modo controllato, produce film monostrato riproducibili e ha portato a nuove conoscenze di disposizioni atomiche ed elettriche, proprietà meccaniche e ottiche.
Grazie allo sviluppo e alle scoperte di successo del team, l'approccio riproducibile apre le porte alla ricerca sulla crescita di altri materiali bidimensionali amorfi.
