I materiali costituiti da più strati ultrasottili rappresentano una nuova entusiasmante area di ricerca.
Gli scienziati hanno studiato una combinazione di grafene ebisolfuro di molibdeno. I due strati di materiale entrano in contatto e poi aderiscono l'uno all'altro sotto l'influenza delle deboli forze di van der Waals. Il grafene è un ottimo conduttore, il disolfuro di molibdeno è un semiconduttore e questa combinazione potrebbe essere interessante per la produzione di nuovi tipi di dispositivi di memorizzazione, dicono gli scienziati.
Tuttavia, per alcune applicazioni, la geometriail materiale deve essere elaborato in modo speciale su scala nanometrica, ad esempio per modificare le proprietà chimiche aggiungendo ulteriori tipi di atomi o per controllare le proprietà ottiche di una superficie. Le superfici possono essere modificate utilizzando un fascio di elettroni o un fascio di ioni convenzionale. Tuttavia, c'è sempre un problema in un sistema a due strati: il fascio ionico agisce su entrambi gli strati contemporaneamente, anche se nel problema deve essere cambiato solo uno strato.
Quando si utilizza un fascio ionico per il trattamento superficiale, solitamente la forza d'impatto degli ioni influisce sul materiale. Tuttavia, il nuovo metodo degli scienziati utilizza ioni relativamente lenti che hanno una carica multipla.
“Qui è necessario distinguere tra due forme diverseenergia. Da un lato c’è l’energia cinetica, che dipende dalla velocità con cui gli ioni colpiscono la superficie. D'altra parte esiste l'energia potenziale, che è determinata dalla carica elettrica degli ioni. Nei fasci ionici l'energia cinetica gioca un ruolo decisivo, ma per gli scienziati è l'energia potenziale ad essere particolarmente importante.
C'è una differenza importante tra questi dueforme di energia: mentre l'energia cinetica viene rilasciata in entrambi gli strati di un materiale quando penetra in un sistema di strati, l'energia potenziale può essere distribuita in modo molto disomogeneo tra gli strati.
Il bisolfuro di molibdeno reagisce molto fortemente aioni altamente caricati. Un singolo ione che entra in questo strato può rimuovere decine o centinaia di atomi dallo strato. Rimane solo un buco, ben visibile al microscopio elettronico, mentre rimane intatto lo strato di grafene, nel quale il proiettile colpisce subito dopo l'impatto: la maggior parte dell'energia potenziale è già stata rilasciata.
Lo stesso esperimento può anche essere invertito. Lo ione fortemente carico colpisce prima il grafene e poi lo strato di bisolfuro di molibdeno. In questo caso, entrambi gli strati rimangono intatti: il grafene fornisce allo ione gli elettroni necessari per neutralizzarlo elettricamente in una frazione di secondo. La mobilità degli elettroni nel grafene è così elevata che anche il punto di impatto "si raffredda" immediatamente. Lo ione attraversa lo strato di grafene senza lasciare una traccia permanente. Dopodiché, non può più causare danni significativi allo strato di bisolfuro di molibdeno.
Questo offre agli scienziati un nuovo metodo di miratosuperfici di controllo. Ora è possibile aggiungere nanopori sulle superfici senza danneggiare il materiale del substrato sottostante. Questo ti aiuterà a creare strutture geometriche che prima erano impossibili. Si possono creare "maschere" di bisolfuro di molibdeno, perforate esattamente a piacere, sulle quali vengono poi depositati alcuni atomi di metallo. Questo apre possibilità completamente nuove per il monitoraggio delle proprietà chimiche, elettroniche e ottiche delle superfici.
Leggi anche
Gli astronomi hanno trovato il posto migliore sulla Terra per un telescopio
La Spagna e la Gran Bretagna registrano alte temperature da record
La Germania vieta cannucce, elettrodomestici e utensili di plastica usa e getta