p As imperfeições nos arranjos atômicos regulares nos cristais determinam muitas das propriedades de um material, e sua difusão está por trás de muitas mudanças microestruturais em sólidos. Contudo, a geração de imagens de arranjos atômicos não repetidos é difícil em materiais convencionais. Agora, pesquisadores da Universidade de Viena fotografaram diretamente a difusão de um defeito atômico em forma de borboleta no grafeno, o material maravilhoso bidimensional recentemente descoberto, em longas sequências de imagens. Os resultados são publicados na prestigiosa revista. Nature Communications . p Defeitos de escala atômica estão sempre presentes nos materiais. Para materiais convencionais, eles estão escondidos dentro de um grande número de átomos perfeitamente organizados, exceto na superfície. Contudo, a situação é diferente no caso de materiais de baixa dimensão como o grafeno.

p O grafeno é um arranjo semelhante a um favo de mel de átomos de carbono com apenas um átomo de carbono de espessura. Desde sua descoberta em 2004, várias propriedades notáveis ​​deste material foram medidas. Por exemplo, é mais forte do que o diamante e conduz eletricidade melhor do que o cobre, mas, no entanto, é transparente e extremamente flexível. Como todos os átomos do grafeno estão na superfície, átomos individuais e quaisquer defeitos na estrutura são diretamente visíveis em um microscópio eletrônico de alta resolução, mas ao mesmo tempo eles interagem facilmente com o meio ambiente.

p O defeito em que os pesquisadores se concentraram no recente estudo em Viena é uma dupla lacuna que se forma quando dois átomos estão faltando no cristal. Na forma mais estável deste defeito, os hexágonos da rede de grafeno se transformam em um arranjo de quatro pentágonos e quatro heptágonos (anéis de carbono de cinco e sete membros, respectivamente) que se parece com uma borboleta em escala atômica. O estudo foi realizado com o microscópio Nion UltraSTEM 100, que foi instalado em Viena apenas no ano passado. A combinação de ultra-alto vácuo e baixa tensão de aceleração deste dispositivo foram componentes-chave para o sucesso do estudo. Em experimentos anteriores, os defeitos sempre evoluíram rapidamente para estruturas mais complexas ou convertidos de volta em grafeno cristalino, evitando assim a imagem contínua de sua difusão por longos períodos de tempo. Agora, os defeitos permaneceram estáveis ​​por mais tempo, o que permitiu uma análise estatística de seu movimento.

p Os pesquisadores usaram o feixe de elétrons do microscópio para transformar o defeito entre diferentes arranjos, o que resultou na migração da estrutura de uma imagem para a outra. "Foi notável ver pela primeira vez como um defeito se transforma e migra no cristal ao longo de vários minutos enquanto o observamos", diz Jani Kotakoski, o principal autor do estudo. Uma análise cuidadosa do caminho do defeito revelou que o defeito executou uma caminhada aleatória pelo cristal. "Nosso estudo abre uma nova rota para o estudo direto da migração e difusão de defeitos em materiais de baixa dimensão, o que também pode levar a novos insights sobre a dinâmica de defeitos em sólidos em geral ", ele conclui.