p Pela primeira vez, os pesquisadores mostraram que as membranas de metal independentes, consistindo de uma única camada de átomos, podem ser estáveis ​​sob as condições ambientais. Este resultado de uma equipe de pesquisa internacional da Alemanha, Polônia e Coréia é publicado em Ciência em 14 de março, 2014. p O sucesso e a promessa do carbono atomicamente fino, em que os átomos de carbono estão dispostos em uma estrutura de favo de mel, também conhecido como grafeno, despertou um enorme entusiasmo por outros materiais bidimensionais, por exemplo, nitreto de boro hexagonal e sulfeto de molibdênio. Esses materiais compartilham um aspecto estrutural comum, nomeadamente, eles são materiais em camadas que podemos pensar como planos atômicos individuais que podem ser puxados para longe de sua estrutura 3D em massa. Isso ocorre porque as camadas são mantidas juntas por meio das chamadas interações de van der Waals, que são forças relativamente fracas em comparação com outras configurações de ligação, como ligações covalentes. Uma vez isoladas, essas camadas atomicamente finas mantêm a integridade mecânica (ou seja, são estáveis) nas condições ambientais.

p No caso de metais a granel, sua estrutura cristalina é tridimensional, e, portanto, não é uma estrutura em camadas e, além disso, as ligações de átomos metálicos são relativamente fortes. Esses aspectos estruturais dos metais parecem implicar na existência de átomos de metal, pois um material 2D independente é improvável. A formação de camadas metálicas atomicamente finas 2D sobre outras superfícies foi demonstrada anteriormente, entretanto, neste caso, os átomos de metal interagem com o substrato subjacente. Por outro lado, a ligação metálica é não direcional e este fato, juntamente com a excelente plasticidade dos metais em nanoescala, sugere que membranas autônomas 2D atomicamente finas compostas de átomos de metal podem ser possíveis. De fato, é isso que um grupo internacional de pesquisadores com sede na Alemanha, Polônia e Coréia do Sul já demonstraram que é possível usar átomos de ferro. Além da demonstração de que os átomos de metal podem formar membranas 2D independentes, há um interesse significativo no potencial de tais materiais de metal 2D, pois se espera que tenham propriedades exóticas.

p O grupo internacional de pesquisadores do Leibniz Institute Dresden (IFW), a Technische Universität Dresden, a Academia Polonesa de Ciências, Sungkyunkwan University e o Center for Integrated Nanostructure Physics, um Instituto de Ciência Básica (Coréia) usou poros em grafeno de monocamada para formar membranas com espessura de átomo único de ferro 2D (Fe) independente. Para conseguir isso, os pesquisadores aproveitaram a maneira como os átomos de Fe se movem pela superfície do grafeno quando irradiados por elétrons em um microscópio eletrônico de transmissão (TEM). À medida que esses átomos se movem pela superfície, se encontrarem uma borda de grafeno aberta, eles tendem a ficar presos lá.

p Os pesquisadores foram capazes de mostrar, no local, que um grande número de átomos de Fe pode ficar preso em um poro e, além disso, configuram-se de maneira ordenada para formar um cristal com uma estrutura quadrada. O espaçamento entre os átomos (constante de rede) foi encontrado em média como 2,65 ± 0,05Å, que é significativamente maior do que para a distância do plano do índice de Miller (200) para a fase cúbica centrada na face (FCC) ou a distância do plano (110) para BCC Fe. Este resultado foi surpreendente, porque normalmente as redes encolhem quando têm um número de coordenação inferior, um processo conhecido como contração da superfície.

p Os pesquisadores foram capazes de mostrar que o espaçamento da rede alargado observado foi devido à deformação que surge devido à incompatibilidade da rede na borda do grafeno e na interface da membrana de Fe. De fato, eles puderam observar a rede relaxar (contrair) em direção ao centro das membranas. As investigações teóricas de apoio dos pesquisadores mostraram variações na estrutura de bandas de uma membrana de Fe 2D em comparação com o Fe em massa. As diferenças eram devidas a alguns orbitais de elétrons situados no plano e outros fora de um plano, um efeito que não ocorre em Fe em massa 3D. As investigações teóricas também confirmaram um resultado mostrado por cálculos teóricos anteriores de que as membranas de Fe 2D deveriam ter um momento magnético significativamente melhorado.

p A demonstração de membranas de Fe 2D é empolgante porque mostra que materiais 2D independentes que não são obtidos de materiais a granel em camadas podem ser obtidos e que tais materiais 2D podem ser estáveis ​​sob as condições ambientais. A técnica desenvolvida pelos pesquisadores pode abrir caminho para a formação de novas estruturas 2D. Pode-se esperar que essas novas estruturas 2D tenham propriedades físicas aprimoradas que podem ter potencial em uma variedade de aplicações. Por exemplo, as propriedades magnéticas aprimoradas do 2D Fe atomicamente fino podem torná-los atraentes para mídia de gravação magnética. Eles também podem ter propriedades interessantes para aplicações fotônicas e eletrônicas.