Gli scienziati dei materiali possono ora mescolare insieme composti a strati, proprio come combinare due diversi mazzi di carte. La tecnica, recentemente scoperto da un team di ricercatori dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, sta portando allo sviluppo di nuovi materiali con insolite proprietà di trasporto degli elettroni che hanno potenziali applicazioni nelle tecnologie quantistiche di prossima generazione.

La tecnica scoperta ha mostrato un'altra applicazione inaspettata e promettente nella progettazione di nuovi materiali. L'approccio "rimpasto" può generare eterostrutture tridimensionali (3D) termicamente stabili da dicalcogenuri di metalli di transizione a strati (TMDC). Questi sono materiali van der Waals composti da nanostrati metallici inseriti tra altri due strati di calcogeni:zolfo, selenio, o tellurio. Simile alla grafite, questi composti possono essere esfoliati in strati 2D, che mostrano proprietà uniche di trasporto degli elettroni e fenomeni quantistici.

"I TMDC sono molto interessanti per i ricercatori come possibilità di applicazioni nelle energie rinnovabili, catalisi e optoelettronica, per citarne solo alcuni, " ha detto il capo progetto Viktor Balema, uno scienziato senior nelle divisioni di scienze dei materiali e ingegneria presso il laboratorio di Ames. "Il nostro obiettivo nella ricerca è stato lo sviluppo di tali metodi di riassemblaggio per questi materiali stratificati, che non sono solo efficienti, ma anche scalabile e conveniente nella produzione."

I ricercatori dell'Ames Laboratory sono riusciti a superare una delle principali sfide della composizione di questi materiali stratificati:la difficoltà di unire insieme atomi atomicamente dissimili, incommensurabile, materiali, attraverso l'uso della meccanochimica facilitata dalla macinazione a sfere.

"Ora, abbiamo dimostrato che possiamo progettare meccanochimicamente nuove eterostrutture stratificate, controllare la loro composizione e sintonizzare le loro proprietà, " disse Ihor Hlova, uno scienziato nelle divisioni di scienze dei materiali e ingegneria presso il laboratorio di Ames. "Questo apre la strada a una varietà di combinazioni diverse:le possibilità sono sostanzialmente illimitate".

Finora, questo approccio ha dimostrato di funzionare su diversi gruppi di composti molto diversi e continua a sorprendere gli scienziati con nuove scoperte. I materiali preparati utilizzando la tecnica di "rimescolamento degli strati" del team hanno già mostrato un'ampia gamma di proprietà di trasporto degli elettroni che vanno dalla semiconduttività alla conduttività metallica, a seconda degli elementi costitutivi coinvolti.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento "Incommensurate transition-metal dichalcogendes via mechanochemical reshuffling of binary precursors, " pubblicato in Progressi su nanoscala .