p Os pesquisadores da Rice University aprenderam a manipular materiais bidimensionais para projetar defeitos que melhoram as propriedades dos materiais. p O laboratório Rice do físico teórico Boris Yakobson e colegas do Oak Ridge National Laboratory estão combinando teoria e experimentação para provar que é possível fornecer defeitos específicos a materiais 2-D, especialmente costuras em escala atômica chamadas limites de grão. Esses limites podem ser usados ​​para aprimorar a eletrônica dos materiais, magnético, mecânico, propriedades catalíticas e ópticas.

p A chave é introduzir curvatura na paisagem que restrinja a maneira como os defeitos se propagam. Os pesquisadores chamam isso de "topologia de limite de grãos de inclinação, "e eles conseguem isso crescendo seus materiais em um substrato topograficamente curvo - neste caso, um cone. O ângulo do cone dita se, que tipo e onde aparecem os limites.

p A pesquisa é tema de um artigo publicado na revista American Chemical Society. ACS Nano .

p Limites de grãos são as bordas que aparecem em um material onde as bordas se encontram em uma incompatibilidade. Esses limites são uma série de defeitos; por exemplo, quando duas folhas de grafeno hexagonal se encontram em um ângulo, os átomos de carbono o compensam formando anéis não hexagonais (cinco ou sete membros).

p Yakobson e sua equipe já demonstraram que esses limites podem ser eletronicamente significativos. Eles podem, por exemplo, transformar o grafeno perfeitamente condutor em um semicondutor. Em alguns casos, a própria fronteira pode ser um fio condutor subnanoescala ou assumir propriedades magnéticas.

p Mas, até agora, os pesquisadores tinham pouco controle sobre onde esses limites apareceriam ao cultivar o grafeno, dissulfeto de molibdênio ou outros materiais 2-D por deposição química de vapor.

p A teoria desenvolvida em Rice mostrou que o crescimento de material 2-D em um cone forçaria os limites a aparecerem em certos lugares. A largura do cone controlava a colocação e, mais importante, o ângulo de inclinação, um parâmetro crucial no ajuste das propriedades eletrônicas e magnéticas dos materiais, Yakobson disse.

p Colaboradores experimentais de Oak Ridge liderados pelo co-autor David Geohegan forneceram evidências que sustentam aspectos-chave da teoria. Eles conseguiram isso cultivando dissulfeto de tungstênio em pequenos cones semelhantes aos dos modelos de computador de Rice. Os limites que apareceram nos materiais reais corresponderam aos previstos pela teoria.

p "A forma não plana do substrato força o cristal 2-D a crescer em um espaço curvo 'não euclidiano', "Yakobson disse." Isso estica o cristal, que ocasionalmente cede abrindo caminho para as costuras, ou limites de grãos. Não é diferente da maneira como um alfaiate colocaria uma costura em um terno ou vestido para caber em um cliente curvilíneo. "

p Cones de modelagem de larguras diferentes também revelaram um "cone mágico" de 38,9 graus, sobre o qual o crescimento de um material 2-D não deixaria nenhum limite de grão.

p A equipe do Rice estendeu sua teoria para ver o que aconteceria se os cones estivessem em um avião. Eles previram como os limites dos grãos se formariam em toda a superfície, e de novo, Os experimentos de Oak Ridge confirmaram seus resultados.

p Yakobson disse que as equipes de Rice e Oak Ridge estavam trabalhando em aspectos da pesquisa de forma independente. "Foi lento até que nos encontramos em uma conferência na Flórida, alguns anos atrás, e percebemos que deveríamos continuar juntos, "disse ele." Foi certamente gratificante ver como os experimentos confirmaram os modelos, enquanto às vezes oferece surpresas importantes. Agora precisamos fazer o trabalho adicional para compreendê-los também. "