Em uma colaboração entre o Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e a Northeastern University, os cientistas desenvolveram um modelo para prever a forma de nanocristais de metal ou "ilhas" imprensadas entre ou abaixo de materiais bidimensionais (2-D) como o grafeno. O avanço move os materiais quânticos 2-D um passo mais perto das aplicações na eletrônica.

Os cientistas do Ames Laboratory são especialistas em materiais 2-D, e recentemente descobriu uma combinação inédita de cobre e grafite, produzido depositando cobre em grafite bombardeada por íons em alta temperatura e em um ambiente de ultra-alto vácuo. Isso produziu uma distribuição de ilhas de cobre, embebido sob uma "manta" ultrafina que consiste em algumas camadas de grafeno.

"Como essas ilhas de metal podem servir potencialmente como contatos elétricos ou dissipadores de calor em aplicações eletrônicas, sua forma e como alcançam essa forma são informações importantes para controlar o design e a síntese desses materiais, "disse Pat Thiel, um cientista do Ames Laboratory e distinto professor de Química e Ciência e Engenharia de Materiais na Iowa State University.

Os cientistas do Ames Laboratory usaram a microscopia de varredura por tunelamento para medir meticulosamente as formas de mais de cem ilhas de cobre em escala nanométrica. Isso forneceu a base experimental para um modelo teórico desenvolvido em conjunto por pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial da Northeastern University e do Laboratório Ames. O modelo serviu para explicar os dados extremamente bem. A única exceção, em relação a ilhas de cobre com menos de 10 nm de altura, será a base para pesquisas futuras.

"Adoramos ver nossa física aplicada, e esta foi uma bela maneira de aplicá-lo, "disse Scott E. Julien, Ph.D. candidato, no Nordeste. "Fomos capazes de modelar a resposta elástica do grafeno conforme ele cobre as ilhas de cobre, e usá-lo para prever as formas das ilhas. "

O trabalho mostrou que a camada superior de grafeno resiste à pressão para cima exercida pela crescente ilha de metal. Com efeito, a camada de grafeno comprime para baixo e achata as ilhas de cobre. A contabilização desses efeitos, bem como de outras energias-chave, leva à previsão imprevista de um universal, ou independente do tamanho, forma das ilhas, pelo menos para ilhas suficientemente grandes de um determinado metal.

"Este princípio deve funcionar com outros metais e outros materiais em camadas também, "disse o Assistente de Pesquisa, Ann Lii-Rosales. "Experimentalmente, queremos ver se podemos usar a mesma receita para sintetizar metais em outros tipos de materiais em camadas com resultados previsíveis."

A pesquisa é discutida no artigo "Nanocristais espremidos:Configuração de equilíbrio de aglomerados de metal incorporados sob a superfície de um material em camadas, " publicado em Nanoescala .

A pesquisa foi uma colaboração entre o Laboratório Ames e a Northeastern University.