Un singolo strato di ioduro rameoso incapsulato tra due fogli di grafene (atomi grigi). Crediti:Kimmo Mustonen, Christoph Hofer e Viera Skákalov
Gli atomi si legano insieme condividendo gli elettroni. Il modo in cui ciò accade dipende dai tipi di atomi ma anche da condizioni come temperatura e pressione. Nei materiali bidimensionali (2D), come il grafene, gli atomi si uniscono lungo un piano per formare strutture spesse solo un atomo, il che porta a proprietà affascinanti determinate dalla meccanica quantistica. I ricercatori dell'Università di Vienna in collaborazione con le Università di Tubinga, Anversa e CY Cergy Paris, insieme a Danubia NanoTech, hanno prodotto un nuovo materiale 2D composto da atomi di rame e iodio inseriti tra due fogli di grafene. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials .
La progettazione di nuovi materiali consente una migliore efficienza di applicazioni note o applicazioni totalmente nuove che erano fuori portata con i materiali esistenti in precedenza. In effetti, negli ultimi cento anni sono stati identificati decine di migliaia di materiali convenzionali come i metalli e le loro leghe. È stato previsto che un numero simile di possibili materiali 2D esista, ma finora solo una frazione di essi è stata prodotta negli esperimenti. Uno dei motivi è l'instabilità di molti di questi materiali in condizioni di laboratorio.
Nel recente studio, i ricercatori hanno sintetizzato ioduro rameoso 2D che è stato stabilizzato in un sandwich di grafene, come primo esempio di un materiale che altrimenti non esisterebbe in normali condizioni di laboratorio. La sintesi utilizza l'ampia spaziatura interstrato dei multistrati di grafene ossidato, che consente agli atomi di iodio e rame di diffondersi nello spazio vuoto e di far crescere il nuovo materiale. Gli strati di grafene qui hanno un ruolo importante imponendo un'elevata pressione sul materiale sandwich che viene così stabilizzato. La struttura sandwich risultante è mostrata nell'illustrazione.
"Come spesso accade, quando abbiamo visto per la prima volta il nuovo materiale nelle nostre immagini al microscopio, è stata una sorpresa", afferma Kimmo Mustonen, l'autore principale dello studio. "Ci è voluto un bel po' di tempo per capire quale fosse esattamente la struttura. Questo ci ha permesso insieme all'azienda Danubia NanoTech, guidata da Viera Skákalová, di progettare un processo chimico per produrla su larga scala", continua. La comprensione della struttura è stata uno sforzo congiunto di scienziati delle Università di Vienna, Tubinga, Anversa e CY Cergy Paris. "Abbiamo dovuto utilizzare diverse tecniche di microscopia elettronica per assicurarci di vedere davvero un monostrato di rame e iodio e per estrarre le posizioni esatte degli atomi in 3D, compresi gli ultimi metodi che abbiamo sviluppato di recente", aggiunge il secondo autore principale Christoph Hofer .
Dopo lo ioduro di rame 2D, i ricercatori hanno già ampliato il metodo di sintesi per produrre altri nuovi materiali 2D. "Il metodo sembra essere davvero universale, fornendo l'accesso a dozzine di nuovi materiali 2D. Questi sono tempi davvero entusiasmanti", conclude Kimmo Mustonen. + Esplora ulteriormente
