Uma imagem anular de campo escuro de alto ângulo de disseleneto de rênio puro. Na chave no canto inferior direito, os átomos de rênio são azuis e os de selênio são amarelos. Crédito:Oak Ridge National Laboratory
Substituir átomos no processo de fabricação de ligas bidimensionais não só permite que sejam personalizados para aplicações, mas também pode torná-los magnéticos, de acordo com cientistas da Rice University e seus colaboradores.
Um novo artigo na Advanced Materials descreve como os pesquisadores da Rice, Laboratório Nacional de Oak Ridge, a University of Southern California (USC) e a Kumamoto University no Japão usaram a deposição química de vapor (CVD) para fazer folhas com a espessura de átomos e, na mesma etapa, adaptar suas propriedades adicionando outros elementos por meio de um processo conhecido como dopagem.
Eles descobriram de surpresa que também podiam dar propriedades magnéticas às folhas 2-D.
Os laboratórios trabalharam com dichalcogenetos de metais de transição, ligas que combinam um metal de transição e átomos de calcogênio em um único material. Os metais de transição são elementos estáveis que ficam no meio da tabela periódica. Calcogênios incluem enxofre, selênio e telúrio, também vizinhos uns dos outros na mesa.
Ao adicionar um elemento dopante à mistura durante o CVD, os pesquisadores mostraram que era possível reorganizar os átomos nas folhas de cristal 2-D resultantes. Eles demonstraram várias configurações diferentes e descobriram que podiam substituir alguns átomos imediatamente com o dopante. Essas mudanças físicas levaram a mudanças nas propriedades mecânicas e eletrônicas dos cristais planos, disse o co-autor e pesquisador de pós-doutorado de Rice, Chandra Sekhar Tiwary.
Uma imagem de disseleneto de molibdênio dopado com rênio mostra como a estrutura atômica do material foi reorganizada pela adição. A chave mostra as posições dos átomos de rênio em azul, selênio em amarelo e molibdênio em vermelho. Crédito:Oak Ridge National Laboratory
O laboratório Rice de Pulickel Ajayan liderou o projeto para testar teorias de pesquisadores da USC que calcularam que a dopagem dos materiais forçaria uma transição de fase nos cristais 2-D. A equipe de Rice confirmou a teoria de que a adição de rênio em várias quantidades ao disseleneto de molibdênio durante o crescimento lhes permitiria ajustar suas propriedades, alterando sua estrutura atômica. As assinaturas magnéticas foram um bônus.
"Usualmente, quando você faz um material magnético, você começa com elementos magnéticos como ferro ou cobalto, "disse o estudante de graduação e co-autor Amey Apte." Rênio, a granel, não é um material magnético, mas acontece que está em certas combinações na escala atômica. Funcionou fantasticamente neste caso. "
Os pesquisadores disseram que as propriedades magnéticas que descobriram podem tornar as ligas 2-D interessantes para aqueles que projetam dispositivos spintrônicos.
