I materiali stratificati van der Waals sono di grande interesse per applicazioni elettroniche e fotoniche, secondo i ricercatori del Penn State e dello SLAC National Accelerator Laboratory, in California, che forniscono nuove informazioni sulle interazioni dei materiali stratificati con i raggi laser e di elettroni.

I materiali bidimensionali van der Waals sono composti da strati di molecole fortemente legati con un legame debole tra gli strati.

I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di impulsi ultraveloci di luce laser che eccitano gli atomi in un reticolo materiale di tellururo di gallio, seguito dall'esposizione del reticolo a un impulso ultraveloce di un fascio di elettroni. Questo mostra le vibrazioni del reticolo in tempo reale usando la diffrazione elettronica e potrebbe portare a una migliore comprensione di questi materiali.

"Questa è una tecnica piuttosto unica, " disse Shengxi Huang, assistente professore di ingegneria elettrica e corrispondente autore di un articolo in ACS Nano che descrive il loro lavoro. "Lo scopo è comprendere appieno le vibrazioni del reticolo, compresi in-plane e out-of-plane."

Una delle osservazioni interessanti nel loro lavoro è la violazione di una legge che si applica a tutti i sistemi materiali. La legge di Friedel postula che nel modello di diffrazione, le coppie di picchi di Bragg centrosimmetrici dovrebbero essere simmetriche, direttamente risultante dalla trasformazione di Fourier. In questo caso, però, le coppie di picchi di Bragg mostrano schemi oscillanti opposti. Chiamano questo fenomeno la rottura dinamica della legge di Friedel. Si tratta di un'osservazione molto rara se non senza precedenti nelle interazioni tra i fasci e questi materiali.

"Perché assistiamo alla violazione della Legge di Friedel?" lei disse. "È a causa della struttura reticolare di questo materiale. Nei materiali 2-D stratificati, gli atomi in ogni strato tipicamente si allineano molto bene nella direzione verticale. Nel tellururo di gallio, l'allineamento atomico è un po' fuori posto."

Quando il raggio laser colpisce il materiale, il riscaldamento genera la modalità fononica longitudinale di ordine più basso, che crea un effetto oscillante per il reticolo. Questo può influenzare il modo in cui gli elettroni si diffrangono nel reticolo, portando alla singolare rottura dinamica della legge di Friedel.

Questa tecnica è utile anche per studiare materiali a cambiamento di fase, che assorbono o irradiano calore durante il cambio di fase. Tali materiali possono generare l'effetto elettrocalorico nei frigoriferi a stato solido. Questa tecnica sarà interessante anche per le persone che studiano cristalli stranamente strutturati e per la comunità generale dei materiali 2-D.