Una tecnica universale per la produzione atomica di metalli 2D

Gli scienziati della Chinese Academy of Sciences dell’Istituto di fisica (IOP) dell’Accademia cinese delle scienze hanno sviluppato una tecnica di produzione di metalli 2D conveniente, universale e a livello atomico, chiamata van der Waalsal squeezing, che potrebbe aprire nuove strade per applicazioni tecnologiche avanzate.

I ricercatori dell’Istituto di fisica (IOP) dell’Accademia cinese delle scienze hanno sviluppato una tecnica comoda e universale, chiamata van der Waalsal squeezing, per la produzione di metalli 2D al limite di spessore angstrom, ovvero su scala atomica. Lo studio è stato recentemente pubblicato su Nature e riportato da Phys.org. 

La scoperta del grafene nel 2004 ha inaugurato una nuova era di ricerca fondamentale e innovazione tecnologica dei metalli 2D. Sebbene siano stati previsti teoricamente quasi 2.000 materiali 2D e centinaia siano stati creati in laboratorio, la maggior parte di questi materiali 2D è limitata a cristalli stratificati di van der Waals (vdW).

Da tempo gli scienziati cercano di sviluppare metalli 2D atomicamente sottili, espandendo così la famiglia di materiali 2D oltre le strutture stratificate vdW. Questi metalli 2D ultrasottili consentirebbero anche l’esplorazione di una nuova fisica e di nuove architetture di dispositivi. Negli ultimi anni gli scienziati hanno fatto molti tentativi per realizzare metalli 2D, ma non sono riusciti a ottenere metalli 2D di grandi dimensioni e incontaminati al limite atomicamente sottile.

La tecnica di produzione di metalli bidimensionali 

La tecnica di produzione van der Waalsal squeezing, sviluppata dai ricercatori della Chinese Academy of Sciences, consente di creare strati metallici con uno spessore che raggiunge il limite dell’angstrom.

Il metodo prevede la fusione di metalli puri, seguita dalla loro compressione tra due superfici incredibilmente rigide e atomiche. Queste superfici agiscono come incudini ad alta precisione, garantendo una formazione uniforme del metallo. Una volta formato, il metallo bidimensionale è protetto da queste incudini, che ne impediscono l’ossidazione e il degrado quando esposto all’ambiente. Gli scienziati hanno prodotto con successo fogli sottili di vari metalli, tra cui bismuto, stagno, piombo, indio e gallio. Questi fogli metallici presentano uno spessore compreso tra sei e nove angstrom, corrispondente a due o tre atomi di altezza.

Gli scienziati hanno stabilizzato i metalli 2D sintetizzati con questo processo tramite incapsulamento completo tra due monostrati MoS2, rendendoli stabili dal punto di vista ambientale e garantendo interfacce non legate. Questa struttura ha facilitato la fabbricazione del dispositivo consentendo l’accesso alle loro proprietà di trasporto intrinseche, che in precedenza non erano disponibili.

Le misurazioni elettriche e spettroscopiche del monostrato bismuto hanno rivelato eccellenti proprietà fisiche, tra cui una conduttività elettrica notevolmente migliorata, un forte effetto di campo con comportamento di tipo p, un’ampia conduttività Hall non lineare e nuove modalità fononiche.

I vantaggi del metodo di produzione van der Waalsal squeezing

Questo metodo di produzione a livello atomico con vdW squeezing non solo offre un approccio versatile per realizzare vari metalli 2D, ma può anche controllare lo spessore dei metalli 2D con precisione atomica (per esempio, monostrato, doppio strato o tristrato) controllando la pressione di compressione. La tecnica vdW squeezing offre straordinarie opportunità per rivelare le proprietà esotiche dipendenti dallo strato dei metalli 2D, qualcosa che prima non era possibile.

Zhang Guangyu dell’IOP, autore corrispondente dello studio, ha affermato che la tecnica di vdW squeezing offre un metodo efficace a livello atomico per la produzione di leghe metalliche 2D, ma anche di composti amorfi e altri composti 2D non vdW. Ha anche osservato che questo metodo delinea una visione brillante per un’ampia gamma di dispositivi quantistici, elettronici e fotonici emergenti. Ha sottolineato che c’è molto spazio per la crescita futura di questo nuovo campo di ricerca.