Isosuperfícies amarelas no painel esquerdo indicam elétrons localizados entre os trímeros C3. A estrutura ionizada à direita não tem elétrons presos, e alguns dos átomos M foram amplamente deslocados. Este deslocamento dos átomos M novamente estabiliza significativamente a estrutura ionizada. Crédito:Soungmin Bae e Hannes Raebiger
Uma investigação exploratória sobre o comportamento de materiais com propriedades elétricas desejáveis resultou na descoberta de uma fase estrutural de materiais bidimensionais (2D). A nova família de materiais são os eletrídeos, em que os elétrons ocupam um espaço geralmente reservado para átomos ou íons em vez de orbitar o núcleo de um átomo ou íon. O estabulo, energia baixa, materiais sintonizáveis podem ter aplicações potenciais em nanotecnologias.
A equipe de pesquisa internacional, liderado por Hannes Raebiger, professor associado do Departamento de Física da Universidade Nacional de Yokohama no Japão, publicou seus resultados em 10 de junho como frontispício em Materiais Funcionais Avançados .
Inicialmente, a equipe decidiu compreender melhor as propriedades fundamentais de um sistema 2D conhecido como Sc 2 CO 2 . Contendo dois átomos de escândio metálico, um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio, o sistema pertence a uma família de compostos químicos chamados coletivamente de MXenes. Eles são normalmente compostos de uma camada de carbono ou nitrogênio com um átomo de espessura imprensada entre camadas de metal, pontilhada com átomos de oxigênio ou flúor.
Os pesquisadores estavam particularmente interessados no MXene Sc 2 CO 2 devido às previsões que, quando estruturadas em uma fase hexagonal, o sistema teria propriedades elétricas desejadas.
"Apesar dessas previsões fascinantes de fases hexagonais de Sc 2 CO 2 , não estamos cientes de sua fabricação bem-sucedida ainda, "disse Soungmin Bae, primeiro autor e pesquisador do Departamento de Física da Universidade Nacional de Yokohama. "Analisando suas propriedades fundamentais, descobrimos uma fase estrutural completamente nova. "
A nova fase estrutural resulta em novos materiais de eletrídeo. A fase estrutural 2D de espessura atômica é descrita como formas ladrilhadas que formam o plano central de carbono. A forma prevista anteriormente era um hexágono, com um átomo de carbono em cada vértice e um no meio. Os novos materiais têm formato de losango, com elétrons nos vértices e um trímero de carbono - três átomos de carbono em uma linha - no meio.
“O carbono é um dos materiais mais comuns em nosso planeta, e muito importante para os seres vivos, mas dificilmente é encontrado como trímeros, "Raebiger disse." O lugar mais próximo onde os trimers de carbono são normalmente encontrados é o espaço interestelar. "
A forma geral é menos simétrica do que a estrutura hexagonal descrita anteriormente, mas é mais simétrico em relação ao plano central. Essa estrutura oferece características únicas devido ao surgimento da nova família de eletrídeos, de acordo com Raebiger.
"Eletrídeos contêm elétrons como uma unidade estrutural e muitas vezes são condutores elétricos extremamente bons, "Raebiger disse." A família atual de eletrídeos são isolantes, e embora a maioria dos isolantes possa ser tornada condutiva pela adição ou remoção de elétrons, esses materiais simplesmente se tornam mais isolantes. "
MXenes são particularmente atraentes como material, porque eles podem ser reconfigurados com outros elementos metálicos para oferecer uma cornucópia de propriedades, incluindo condutividade sintonizável, várias formas de magnetismo, e / ou acelerar reações químicas como catalisadores. Além do mais, são folhas ultrafinas com apenas alguns átomos de espessura, isso é, Materiais 2D. Os eletrídeos recém-descobertos têm elétrons nos vazios da rede entre átomos e íons, que pode ser prontamente emitida para o espaço circundante, como as fontes de elétrons para grandes aceleradores de partículas, bem como ser emprestado para catalisar uma reação química especificamente desejada.
"Fizemos essa descoberta porque queríamos entender como esses materiais funcionam melhor, "Bae disse." Se você encontrar algo que não entende, cavar mais fundo. "
Os co-autores incluem William Espinosa-García e Gustavo M. Dalpian, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Brasil; Yoon-Gu Kang e Myung Joon Han, Departamento de Física, Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia; Juho Lee e Yong-Hoon Kim, Departamento de Engenharia Elétrica, Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia; Noriyuki Egawa, Kazuaki Kuwahata e Kaoru Ohno, Departamento de Física da Universidade Nacional de Yokohama; e Mohammad Khazaei e Hideo Hosono, Centro de Pesquisa de Materiais para Estratégia de Elementos, Instituto de Tecnologia de Tóquio. Espinosa-García também é afiliado ao Grupo de investigación en Modelamienot y Simulación Computacional, Facultad de Ingenierías, Universidad de San Buenaventura-Medellín.
