A união de diferentes tipos de materiais pode levar a todos os tipos de inovações. É uma habilidade essencial que permitiu aos humanos fazer tudo, desde arranha-céus (reforçando o concreto com aço) até células solares (colocando materiais em camadas para reunir elétrons).

Na eletronica, juntar diferentes materiais produz heterojunções - os componentes mais fundamentais nas células solares, LEDs e chips de computador. Quanto mais suave a costura entre dois materiais, mais facilmente os elétrons fluem através dele, que é essencial para o bom funcionamento dos dispositivos eletrônicos. Mas eles são feitos de cristais - redes rígidas de átomos - e não gostam de serem misturados.

Em um estudo publicado em 8 de março em Ciência , Cientistas da Universidade Cornell e da Universidade de Chicago revelaram uma técnica para "costurar" dois pedaços de cristais perfeitamente juntos para criar tecidos atomicamente finos.

A equipe queria fazer isso costurando diferentes tecidos, cristais de três átomos de espessura. "Normalmente, estes são cultivados em estágios sob condições muito diferentes; cultive um material primeiro, pare o crescimento, mude a condição, e comece novamente para cultivar outro material, "disse Jiwoong Park, professor de química da Universidade de Chicago, e um autor sênior do estudo.

Os materiais de camada única resultantes são os mais perfeitamente alinhados já desenvolvidos, de acordo com os pesquisadores. A transição mais suave significa que nos pontos onde as duas redes se encontram, uma rede se estende ou cresce para encontrar a outra - em vez de deixar buracos ou outros defeitos.

"Se você pensar nos materiais como dois tipos diferentes de tecido, com duas contagens de threads diferentes, onde cada linha de átomos representa um fio, então estamos tentando juntá-los thread a thread sem fios soltos, "disse David A. Muller, Cornell professor de física aplicada e engenharia e codiretor do Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, e um autor sênior do estudo. "Usando um novo tipo de detector de elétrons - basicamente um super-rápido, câmera super-sensível - pudemos medir o alongamento dos materiais de onde ele se juntou na escala atômica até como toda a folha se encaixou, e fazê-lo com uma precisão melhor do que um terço de um por cento da distância entre os átomos. "

As costuras atômicas são tão apertadas, o microscópio revelou que o maior dos dois materiais se franzia um pouco ao redor da junta.

"A formação de ondulações nesses materiais 2-D deformados nos forneceu um terreno fértil para explorar como modelos macroscópicos para a energia elástica podem ser combinados com teorias microscópicas para as fortes interações de van der Waals subjacentes, "disse Robert A. DiStasio Jr., professor assistente no Departamento de Química e Biologia Química da Faculdade de Artes e Ciências de Cornell, e um dos autores seniores do artigo.

Eles decidiram testar seu desempenho em um dos dispositivos eletrônicos mais usados:um diodo. Dois tipos de material são unidos, e os elétrons devem ser capazes de fluir de uma maneira através do "tecido, "mas não o outro.

O diodo acendeu. "Foi emocionante ver esses LEDs de três átomos de espessura brilhando. Vimos um desempenho excelente - o mais conhecido por esses tipos de materiais, "disse Saien Xie, um estudante graduado em engenharia da Cornell e o primeiro autor do artigo.

A descoberta abre algumas ideias interessantes para a eletrônica. Dispositivos como LEDs estão atualmente empilhados em camadas - 3-D versus 2-D - e geralmente estão em uma superfície rígida. Mas a nova técnica pode permitir novas configurações, como LEDs flexíveis ou circuitos 2-D de espessura de átomos que funcionam horizontalmente e lateralmente.

Park observou que o alongamento e a compressão mudaram a cor dos cristais devido aos efeitos da mecânica quântica. Isso sugere potencial para sensores de luz e LEDs que podem ser ajustados para cores diferentes, por exemplo, ou tecidos sensíveis à tensão que mudam de cor à medida que são esticados.

"Isso é tão desconhecido que nem sabemos todas as possibilidades que ele oferece ainda, "Park disse." Mesmo dois anos atrás, teria sido inimaginável.