Desde a infância, estamos acostumados com o fato de que quando você adiciona uma maçã à outra, você obtém duas maçãs. A mesma coisa acontece com lápis, máquinas de escrever e balões. E na física esse não é necessariamente o caso. Se você trouxer dois filmes de espessura monoatômica, como o grafeno, próximos o suficiente a uma pequena distância, obterá um novo material.
Nesse caso, ainda teremos dois objetos separados, que, em princípio, podem ser puxados para trás. A interação entre eles se deve às forças de van der Waals - uma interação eletromagnética interatômica relativamente fraca. O resultado é um novo material (heteroestrutura), cujas propriedades são determinadas não tanto por sua composição química, mas pela disposição das camadas. Um filme de duas (ou mais) camadas pode ser dobrado e torcido - e isso também leva a uma mudança em suas propriedades físicas.
Experimentos semelhantes foram realizados com grafeno por muitos anos, mas o grafeno, neste caso, não é muito interessante. Nas condições a que estamos acostumados, ele não possui uma lacuna proibida que transforma uma substância em um semicondutor: são necessários esforços especiais para criá-lo. Mas, existem outros materiais.
Nesse caso, pesquisadores da University of Sheffield (Grã-Bretanha) usaram heteroestruturas de van der Waals feitas de dichalcogenetos de metais de transição. Uma pequena digressão é apropriada aqui. Calcógenos são elementos químicos do 16º grupo da tabela periódica: uma coluna que começa com oxigênio e enxofre do topo e termina com livermorium radioativo. Existem muitos metais de transição, na vida cotidiana estamos mais familiarizados com cobre, molibdênio e zinco.
Os pesquisadores montaram um "sanduíche" de camadas de dissileneto de molibdênio (MoSe2) e dissulfato de tungstênio (WS2). A condutividade do material resultante mudava periodicamente, da mesma forma que o efeito moiré aparece em duas cortinas de tule dobradas.
Como disse o professor Alexander Tartakovsky, da Sheffield University, os materiais influenciam uns aos outros e mudam as propriedades uns dos outros, e devem ser considerados como um metamaterial completamente novo com propriedades únicas, então um mais um não dá dois. Os cientistas também descobriram que o grau de hibridização é altamente dependente da torção do "sanduíche", durante o qual a distância entre as redes atômicas de cada camada muda.
“Descobrimos que a torção de camadas em uma heteroestrutura cria uma nova periodicidade supraatômica chamada superrede moiré”, diz Tartakovsky. Uma superrede moiré com um período dependente de torção determina como as propriedades de dois semicondutores hibridizam."
O professor Tartakovsky acrescentou: “Uma imagem mais complexa da interação de materiais atomicamente finos nas heteroestruturas de van der Waals está surgindo. É interessante porque permite o acesso a uma ampla gama de propriedades de materiais, como condutividade variável ajustável por torção, propriedades ópticas, magnetismo, etc. Isso pode e será usado como novos graus de liberdade no desenvolvimento de dispositivos baseados em materiais bidimensionais.
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Você pode ler os detalhes em um artigo publicado na Nature.
Sergey Sysoev