Oitenta anos após a previsão teórica da força necessária para superar a ligação de van der Waals entre as camadas de um cristal, pesquisadores de engenharia da Tohoku University mediram isso diretamente. Eles relatam seus resultados esta semana no Journal of Applied Physics .

Em sua prova de conceito, a equipe também criou cristais de seleneto de gálio mais duráveis. A realização pode promover o desenvolvimento de tecnologias terahertz e spintrônica, usado em uma variedade de aplicações de imagens médicas a computadores quânticos.

"Esta é a primeira vez que alguém mede diretamente a força de ligação de van der Waals nas camadas de um cristal, "Tadao Tanabe, um dos autores, disse. "Até os alunos do ensino médio sabem dessa força, mas em cristais era muito difícil medir diretamente. "

Embora seja considerado promissor para muitas tecnologias, o uso de cristais de seleneto de gálio foi dificultado pelo fato de serem notoriamente frágeis. Para torná-los mais fortes, Equipe de Tanabe, incluindo o colega do Departamento de Ciência de Materiais Yutaka Oyama, imaginou cristais em crescimento com pequenas quantidades de selênio substituídas pelo raro elemento telúrio.

Os pesquisadores presumiram que a maior nuvem de elétrons do telúrio produziria maiores forças de van der Waals entre as camadas de cristal, fortalecimento da estrutura geral. Van der Waals são forças elétricas fracas que atraem átomos uns aos outros por meio de mudanças sutis nas configurações eletrônicas do átomo.

A equipe cresceu e comparou três tipos diferentes de cristais:um seleneto de gálio puro, um com 0,6 por cento de telúrio e outro com 10,6 por cento de telúrio. Para testar o efeito sobre o telúrio na ligação intercalar, a equipe inventou o equivalente a um abridor de sanduíche de cristal. Seu sistema é capaz de medir com detalhes requintados a resistência à tração, a força necessária para puxar o cristal até que ele se quebre.

"O sistema de teste de tração é muito simples em alguns aspectos, "Tanabe disse." Mas foi muito difícil desenvolver uma maneira de identificar o ponto exato em que o cristal quebrou. "

Os cristais testados tinham cerca de 3 milímetros de largura, e apenas 1/5 de milímetro de espessura, cerca de metade da espessura de um pedaço de papel de impressora padrão. Cada cristal é composto por centenas de camadas individuais.

A equipe usou fita dupla-face especial em cada lado de um cristal para prendê-lo entre um palco ancorado e um móvel que poderia ser puxado lentamente, a uma taxa de 50 milionésimos de metro por segundo. "Isso nos permitiu medir com muita precisão a força intercamada na qual o cristal quebrou, "Tanabe disse.

Os pesquisadores descobriram que a camada intermediária de ligação de van der Waals nos cristais dopados com telúrio era sete vezes mais forte do que nos cristais de seleneto de gálio puro.

Com a adição de telúrio, o cristal de seleneto de gálio clivável torna-se rígido pelo aumento da força de ligação de van der Waals, o relatório dos autores, pavimentando o caminho para o uso desse sistema para aprimorar as tecnologias baseadas em cristais.