Vale la pena su sal: Los investigadores informan del primer caso de NaCl hexagonal
Los científicos de Skoltech y del MIPT han predicho y luego confirmado experimentalmente la existencia de exóticas películas delgadas hexagonales de NaCl en una superficie de diamante. Estas películas pueden ser útiles como dieléctricos de puerta para transistores de efecto de campo en vehículos eléctricos y equipos de telecomunicaciones.
Esta es una exótica película delgada hexagonal de NaCl sobre una superficie de diamante.
Pavel Odinev / Skoltech
A medida que el grafeno, el famoso carbono bidimensional, se preparaba experimentalmente y se caracterizaba en 2004 por los futuros premios Nobel Andre Geim y Konstantin Novoselov, los científicos empezaron a investigar otros materiales 2D con propiedades interesantes. Entre ellas están el silicio, el estaneno y el boro - monocapas de silicio, estaño y boro, respectivamente - así como capas 2D de MoS2, CuO y otros compuestos.
El estudiante de doctorado de Skoltech Kseniya Tikhomirova, el Dr. Alexander Kvashnin de Skoltech y el profesor Artem R. Oganov de Skoltech y del MIPT, junto con sus colegas, se basaron en estudios anteriores de películas finas de NaCl para formular la hipótesis de la existencia de una inusual película hexagonal de NaCl de un nanómetro de espesor en la superficie de un diamante (110).
"Inicialmente decidimos realizar sólo un estudio computacional de la formación de nuevas estructuras 2D en diferentes sustratos, impulsado por la hipótesis de que si un sustrato interactúa fuertemente con la película delgada de NaCl, se pueden esperar grandes cambios en la estructura de la película delgada. De hecho, obtuvimos resultados muy interesantes y predijimos la formación de una película hexagonal de NaCl en el sustrato de diamante, y decidimos realizar experimentos. Gracias a nuestros colegas que realizaron los experimentos, sintetizamos este NaCl hexagonal, lo que prueba nuestra teoría", dice Kseniya Tikhomirova, la primera autora del artículo.
Los investigadores utilizaron primero el USPEX, el algoritmo evolutivo desarrollado por Oganov y sus estudiantes, para predecir las estructuras de menor energía basándose sólo en los elementos químicos involucrados. Después de predecir la película hexagonal de NaCl, confirmaron su existencia realizando síntesis y caracterización experimentales mediante mediciones de XRD (difracción de rayos X) y SAED (difracción de electrones de área seleccionada). El grosor medio de la película de NaCl era de unos 6 nanómetros... una película más gruesa pasaría de una estructura hexagonal a una cúbica, típica de la sal de mesa que conocemos.
Los científicos creen que debido a la fuerte unión al sustrato de diamante y a un amplio espacio de banda, el NaCl hexagonal puede funcionar bien como un dieléctrico de puerta en los FET de diamante - transistores de efecto de campo que muestran potencial para su uso en vehículos eléctricos, radares y equipos de telecomunicaciones. Ahora estos FETs típicamente usan nitruro de boro hexagonal, que tiene un ancho de banda similar pero una unión mucho más débil al sustrato.
"Nuestros resultados muestran que el campo de los materiales 2D es aún muy joven, y los científicos han descubierto sólo una pequeña porción de posibles materiales con propiedades intrigantes. Tenemos una larga historia que comienza en 2014 cuando describimos la forma en que las películas finas de NaCl cúbico pueden ser divididas en capas hexagonales similares a un gráfico. Esto muestra que este simple y común compuesto, aparentemente bien estudiado, esconde muchos fenómenos interesantes, especialmente en la nanoescala. Este trabajo es nuestro primer paso hacia la búsqueda de nuevos materiales como el NaCl, pero con una mejor estabilidad (menor solubilidad, mayor estabilidad térmica, etc.), que luego pueden utilizarse eficazmente en muchas aplicaciones en electrónica", señala Alexander Kvashnin, científico investigador principal de Skoltech.
Este trabajo nos acerca a la comprensión de cómo controlar la apariencia y, como consecuencia, las propiedades de los materiales bidimensionales que utilizan un sustrato. La investigación también abre la puerta a más materiales bidimensionales con aplicaciones potenciales en la electrónica y más allá.
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