A descoberta do grafeno, com sua alta relação resistência-peso, flexibilidade, condutividade elétrica, e capacidade de formar uma barreira impenetrável, levou a uma explosão de interesse em sólidos 2-D. Fraco, as interações de longo alcance dão aos sólidos 2-D alguns de seus comportamentos mais interessantes; Portanto, compreender essas interações é crucial para desenvolver ainda mais esses materiais. Contudo, Há necessidade de suporte experimental para modelagem teórica das interações de van der Waals que mantêm as camadas desses materiais unidas.

Agora, um grupo de pesquisa internacional liderado pela Universidade de Tsukuba e pela Universidade Aarhus realizou experimentos de difração de raios-X síncrotron em dissulfeto de titânio (TiS2) - um material de dichalogeneto de metal de transição (TMD) com uma estrutura 2-D em camadas - e comparou os resultados com os teóricos cálculos. Seu trabalho de referência foi publicado recentemente em Materiais da Natureza .

"A interação entre as camadas em materiais de van der Waals, como TiS2, tem uma influência significativa em sua modificação, em processamento, e montagem, "diz o co-autor do estudo Eiji Nishibori." Modelando dados experimentais de síncrotron e comparando-os com cálculos da teoria funcional da densidade, revelamos informações surpreendentes sobre a natureza do compartilhamento de elétrons entre as camadas desses materiais. "

TiS2 é um material arquetípico de van der Waals, com camadas compreendendo folhas de titânio e enxofre interagindo por meio de fortes ligações químicas, onde os elétrons são compartilhados entre os átomos, resultando em uma estrutura relativamente fixa. Entre essas folhas, interações de longo alcance S ... S van der Waals atraem as camadas umas para as outras, permitindo que elas se acumulem, formando materiais sólidos. Essas interações são conhecidas por serem muito mais fracas do que aquelas dentro das folhas 2-D, Contudo, usando radiação de raios-X síncrotron de alta energia para medir com precisão um único cristal TiS2, os pesquisadores conseguiram mostrar que as interações intercamadas são de fato mais fortes do que indica a teoria, e envolvem compartilhamento significativo de elétrons.

"Este trabalho fornece uma compreensão fundamental de uma classe excitante de materiais com inúmeras aplicações potenciais em tecnologias como baterias de íons, catálise, e supercondutores, "diz o autor principal Hidetaka Kasai." Nossos experimentos são os primeiros a revelar a verdadeira natureza das interações que tornam os materiais 2-D tão interessantes, e esperamos que sirvam de base a muitos desenvolvimentos futuros nesta área. "

A excelente concordância dos dados de difração síncrotron com cálculos teóricos na descrição das interações Ti-S intralamada, apóia a validade dessas diferenças recém-descobertas para as interações de longo alcance entre as lacunas intercamadas. Espera-se que as descobertas contribuam substancialmente para a compreensão fundamental da ligação química fraca em materiais em camadas 2-D em geral, e para o desenvolvimento de materiais TMD.