Eles estão entre as estruturas mais finas da Terra:"materiais bidimensionais" são cristais que consistem em apenas uma ou algumas camadas de átomos. Eles costumam exibir propriedades incomuns, prometendo muitas novas aplicações em optoeletrônica e tecnologia de energia. Um desses materiais é o sulfeto de molibdênio 2-D, uma camada atomicamente fina de átomos de molibdênio e enxofre.

A produção de tais cristais ultrafinos é difícil. O processo de cristalização depende de muitos fatores diferentes. No passado, diferentes técnicas produziram resultados bastante diversos, mas as razões para isso não puderam ser explicadas com precisão. Graças a um novo método desenvolvido pelas equipes de pesquisa da TU Wien, a Universidade de Viena e Joanneum Research na Styria, pela primeira vez, agora é possível observar o processo de cristalização diretamente ao microscópio eletrônico. O método já foi apresentado em revista científica ACS Nano .

De gás a cristal

"O sulfeto de molibdênio pode ser usado em células solares transparentes e flexíveis ou para gerar hidrogênio de forma sustentável para armazenamento de energia, "diz o principal autor do estudo, Bernhard C. Bayer do Instituto de Química de Materiais da TU Wien. "Para fazer isso, Contudo, cristais de alta qualidade devem ser cultivados sob condições controladas. "

Normalmente, isso é feito começando com os átomos na forma gasosa e, em seguida, condensando-os em uma superfície de forma aleatória e não estruturada. Em uma segunda etapa, os átomos estão dispostos em forma de cristal regular - por meio de aquecimento, por exemplo. "As diversas reações químicas durante o processo de cristalização são, Contudo, ainda obscuro, o que torna muito difícil desenvolver melhores métodos de produção para materiais 2-D deste tipo, "Bayer afirma.

Graças a um novo método, Contudo, agora deve ser possível estudar com precisão os detalhes do processo de cristalização. "Isso significa que não é mais necessário experimentar por tentativa e erro, mas graças a uma compreensão mais profunda dos processos, podemos dizer com certeza como obter o produto desejado, "Bayer acrescenta.

Grafeno como substrato

Primeiro, molibdênio e enxofre são colocados aleatoriamente em uma membrana feita de grafeno. O grafeno é provavelmente o mais conhecido dos materiais 2-D - um cristal com uma espessura de apenas uma camada de átomo consistindo de átomos de carbono dispostos em uma estrutura em forma de favo de mel. Os átomos de molibdênio e enxofre dispostos aleatoriamente são então manipulados no microscópio eletrônico com um feixe de elétrons fino. O mesmo feixe de elétrons pode ser usado simultaneamente para gerar imagens do processo e iniciar o processo de cristalização.

Dessa forma, agora se tornou possível, pela primeira vez, observar diretamente como os átomos se movem e se reorganizam durante o crescimento do material com uma espessura de apenas duas camadas atômicas. "Ao fazer isso, podemos ver que a configuração mais estável termodinamicamente nem sempre precisa ser o estado final, "Bayer diz. Diferentes arranjos de cristal competem entre si, transformam-se um no outro e substituem-se. "Portanto, agora está claro por que as investigações anteriores tiveram resultados tão variados. Estamos lidando com um complexo, processo dinâmico. "As novas descobertas ajudarão a adaptar a estrutura dos materiais 2-D com mais precisão aos requisitos da aplicação no futuro, interferindo nos processos de rearranjo de maneira direcionada.