Normalmente, apenas um átomo de espessura, os materiais 2D exibem propriedades altamente desejáveis ​​para tecnologias avançadas, como flexibilidade, supercondutividade e muito mais. Feitos da transição cuidadosa de componentes individuais de gás ou vapor para sólidos cristalinos, esses materiais e os mecanismos pelos quais eles se tornam imbuídos de tais características ainda estão envoltos em mistério.
Agora, através de um novo método de monitoramento e análise, pesquisadores liderados por Toshiaki Kato na Universidade de Tohoku revelaram um mecanismo crítico no desenvolvimento de dicalcogeneto de metal de transição de monocamada 2D (TMD). Eles publicaram sua abordagem e descobertas em 15 de novembro em Relatórios Científicos .

“TMD estão entre os materiais em camadas mais conhecidos”, disse o autor do artigo Toshiaki Kato, professor associado do Departamento de Engenharia Eletrônica da Universidade de Tohoku, observando que grandes camadas únicas do material são habilitadas pela adição de sais. "Melhorar a qualidade do TMD é necessário para a realização de futuros dispositivos elétricos flexíveis e transparentes, como sensores, células solares e emissores de luz".

O TMD é desenvolvido vaporizando um pó de óxido metálico e adicionando sais. As abordagens convencionais mantêm altas temperaturas, forçando as moléculas do óxido metálico-vapor de sal a se reorganizarem diretamente em um sólido cristalino. Esse rearranjo de moléculas é conhecido como nucleação e cresce na TMD de monocamada. No entanto, a redução dos pontos de fusão e ebulição do óxido metálico aumenta essa transição, permitindo que as moléculas vaporizadas supersaturem seu ambiente e produzam uma fase líquida antes de se organizarem em um sólido.

"A supersaturação do óxido metálico na fase de vapor promove a criação de precursores da fase líquida, conhecidos como a poça precursora, que promove o crescimento vapor-líquido-sólido sobre o crescimento vapor-sólido convencional", disse Kato, observando que a taxa de crescimento do vapor - TMD líquido-sólido é pelo menos duas ordens de grandeza maior do que a TMD vapor-sólido. “Apesar desse progresso, a dinâmica crítica da fase de nucleação ainda não foi elucidada para o crescimento assistido por sal; alcançar isso é crucial para aplicações fundamentais e industriais”.

Para entender melhor a nucleação de TMD vapor-líquido-sólido, os pesquisadores estabeleceram um sistema de monitoramento de imagens de como os produtos químicos de vapor se depositaram como um sólido na síntese de TMD.

"Neste estudo, realizamos a visualização direta da transição de fase de precursores líquidos para DTM sólido, monitorando a deposição de vapor químico e análise automatizada de imagens", disse Kato. "Através desta abordagem, encontramos um novo mecanismo de nucleação."

No crescimento vapor-sólido, as moléculas do vapor se reorganizam diretamente no sólido. Os pesquisadores descobriram que, no crescimento vapor-líquido-sólido, as moléculas passam por um processo de nucleação em duas etapas:o vapor se transforma em gotículas líquidas, que se formam em aglomerados estáveis, mas mutáveis. À medida que a temperatura muda, os aglomerados de moléculas formam os sólidos cristalinos.

“Tal compreensão detalhada da dinâmica de nucleação de TMDs pode ser útil para alcançar o controle perfeito da estrutura de TMDs, o que seria útil para futuras aplicações industriais”, disse Kato. “Nosso método inventado de monitorar a deposição de vapor químico e análise automatizada de imagens também pode ser aplicado a outros nanomateriais para entender mais profundamente seus mecanismos de nucleação e crescimento”.

Os pesquisadores planejam explorar o mecanismo de nucleação recém-revelado para sintetizar TMD de altíssima qualidade. + Explorar mais

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