Pannello superiore:Trasformazione di silicene epitassiale su ZrB2 da struttura di dominio a singolo dominio. Le etichette a, B, c e d rappresentano quattro diversi spostamenti del reticolo silicenico derivanti dalla presenza delle dislocazioni. Atomi di silicio nei domini, i confini e sopra Zr sono blu, rispettivamente giallo e rosso. Gli atomi di Zr più in alto sono colorati in grigio. Gli atomi di Zr grigio scuro vengono utilizzati per visualizzare gli spostamenti dei domini visualizzati dalle posizioni degli atomi rossi. Corrispondono alle posizioni degli atomi di Si rossi per un singolo dominio a. Le linee verdi confrontano le posizioni degli atomi di Si prima e dopo la fusione di quattro domini successivi in un unico dominio a attraverso la reazione di 4 dislocazioni. Una fila di atomi di Si (colorati in rosa) può quindi essere incorporata nello spazio risultante. Pannello inferiore:immagini STM che mostrano il percorso trovato dalla natura per risolvere questo puzzle atomistico. Credito:Japan Advanced Institute of Science and Technology
Potremmo immaginare che i cristalli siano strutture perfette, ma loro sono, infatti, spesso afflitto da "difetti". Abbastanza curiosamente, tali difetti spesso appaiono a causa di atomi sottoposti a riorganizzazione per abbassare l'energia del sistema e raggiungere la stabilità.
"Le lussazioni possono influenzare fortemente le proprietà fisiche e chimiche di un cristallo. Inoltre, possono subire "reazioni" quando ad esempio si applica una deformazione al cristallo o si aggiungono atomi alla sua superficie. Studiare come reagiscono le dislocazioni può, perciò, fornire approfondimenti cruciali su come curare questi difetti del cristallo. Silicene su diboruro di zirconio (ZrB 2 ) fornisce un banco di prova perfetto per questo.
Questa forma bidimensionale di silicio presenta una serie di dislocazioni che scompaiono quando su di essa si depositano pochi atomi di Si. Questa trasformazione, che sopprime l'alto costo dell'energia causato dalla presenza di atomi di Si illimitati sulla superficie, richiede la reazione di quattro dislocazioni per creare la stanza necessaria per accogliere gli atomi depositati nel foglio di silicene. Poiché questo richiede il moto di un gran numero di atomi e per superare l'interazione repulsiva tra le dislocazioni, questa trasformazione sembrava molto improbabile a prima vista:è un vero e proprio puzzle atomistico che deve essere risolto per integrare gli atomi depositati, " afferma il Senior Lecturer Antoine Fleurence del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Giappone, chi lavora su materiali 2D.
In un nuovo studio pubblicato su 2D Materials, Il dottor Fleurence e il suo collega, Prof. Yukiko Yamada-Takamura di JAIST, monitorato mediante microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) l'evoluzione delle dislocazioni in un foglio di silicene in tempo reale dopo aver depositato atomi di silicio (Si) su di esso.
Attraverso questo monitoraggio in tempo reale è stato possibile determinare il trucco utilizzato dalla natura per integrare gli atomi di Si depositati e ottenere un foglio di silicene privo di dislocazioni:il foglio di silicene subisce una sequenza di reazioni di dislocazione durante le quali avviene l'integrazione degli atomi di Si all'interno del foglio di silicene . Le isole a dominio singolo "nucleate" localmente si propagano quindi attraverso l'intero foglio di silicene fino a risultare in una struttura priva di dislocazioni, struttura a dominio unico.
"Le informazioni sulle dinamiche di dislocazione fornite da questo studio potrebbero essere utilizzate per trovare soluzioni per curare i difetti strutturali in materiali 2D simili, interfacce, e una vasta gamma di nanomateriali, " dice il dottor Fleurence.
