p A espectroscopia a laser ultrarrápida permite observar o movimento dos átomos em suas escalas de tempo naturais na faixa dos femtossegundos, o milionésimo de um bilionésimo de um segundo. Microscópio eletrônico, por outro lado, fornece resolução espacial atômica. Ao combinar elétrons e fótons em um instrumento, o grupo do professor Peter Baum da Universidade de Konstanz desenvolveu alguns dos microscópios eletrônicos mais rápidos para obter uma visão detalhada dos materiais e sua dinâmica em resoluções finais no espaço e no tempo. p Em sua recente publicação em ACS Nano , cientistas do laboratório Baum aplicaram essa técnica junto com colegas da ETH Zurich para estudar novos materiais - folhas bidimensionais definidas molecularmente chamadas MXenes - e fizeram uma descoberta surpreendente. Usando pulsos de laser, MXenes podem ser alternados repetidamente entre uma forma plana e ondulada, abrindo um amplo espectro de aplicações possíveis.

p MXenes:novos materiais bidimensionais

p MXenes são folhas bidimensionais de carbonetos ou nitretos de metais de transição na forma de camadas únicas de poucos átomos de espessura. "MXenes são comparáveis ​​a uma molécula em uma dimensão espacial e a um sólido estendido nas outras duas, "Dr. Mikhail Volkov, primeiro autor do estudo recente, descreve a estrutura de MXenes. MXenes são sintetizados pela "remoção" das finas camadas de material de um material precursor - um processo chamado esfoliação.

p Em contraste com a maioria dos outros materiais de camada única, MXenes podem ser facilmente produzidos em grandes quantidades, graças à descoberta de um método de esfoliação química escalável e irreversível. As propriedades químicas e físicas dos MXenes podem ser amplamente ajustadas pela escolha do metal de transição, levando a aplicações generalizadas de MXenes em detecção, armazenamento de energia, colheita leve, e ação antibacteriana.

p Nanonondas em MXenes formadas por luz rápida

p Em seu estudo, os investigadores principais Dr. Mikhail Volkov da Universidade de Konstanz e Dra. Elena Willinger da ETH Zurich descobriram uma nova maneira de aumentar as propriedades dos MXenes ao direcionar pulsos de luz rápidos sobre eles. Usando microscopia eletrônica ultrarrápida com resolução espacial atômica, eles gravaram um filme de MXenes interagindo com pulsos de laser de femtossegundos, mostrando que a energia do laser é transferida para a rede atômica em um tempo recorde de apenas 230 femtossegundos.

p Inesperadamente, os cientistas também descobriram que a luz laser de femtossegundo pode ser usada para alternar entre a estrutura da superfície originalmente plana do MXene e uma forma de nano onda do material - uma "nano paisagem" de colina e vale com uma periodicidade que é mais de cinquenta vezes mais fino que o comprimento de onda do laser. "Podemos controlar a orientação das nano ondas com a polarização do laser, o que significa que o material possui uma memória óptica em nanoescala.

p Além disso, se o laser atacar novamente, o MXene nano-ondulado volta a ser plano e permanece plano durante a iluminação. O tamanho extremamente pequeno das nano ondas e a rápida reação da rede também são bastante surpreendentes, e um fenômeno chamado acoplamento plasmon-fônon está provavelmente envolvido, "explica Volkov.

p Nanonaves que aumentam o desempenho do material

p "A nanoestruturação na forma de ondas também aumenta a relação superfície / volume dos materiais, tornando-os quimicamente mais reativos. Além disso, aumenta os campos eletromagnéticos locais, melhorando o acoplamento com a luz - uma propriedade valiosa para aplicações de detecção, "diz Volkov. Os cientistas, portanto, esperam que os MXenes nano-ondulados descobertos mostrem capacidade de armazenamento de energia aprimorada e atividade catalítica ou antibiótica aprimorada." a possibilidade de alternar a estrutura de MXenes entre plano e ondulado 'on demand' por meio de um pulso de laser abre caminhos intrigantes para usar os materiais em plasmonic ativo, dispositivos químicos e elétricos, "Volkov conclui.