Los investigadores resuelven el debate sobre la brecha energética en el material de van der Waals

TeYu Chien, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Wyoming, y Dinesh Baral, estudiante graduado de la Universidad de Wisconsin, dirigieron una investigación que utilizó microscopía de túnel y mediciones de espectroscopía que revelan claramente el valor de una brecha de energía mucho más pequeña de la tríada de cromo de van der Waals. Bromuro. Su trabajo, que se publicó recientemente en línea en la revista Física química Física química, Resolvió valores previamente controvertidos de la brecha de energía, que se basó en varias mediciones ópticas. La revista utilizará esta obra de arte, diseñada por Paral, para la portada de su próxima edición impresa. Crédito: Dinesh Paral

Se han informado previamente valores controvertidos de la brecha de energía en el material de van der Waals (trifromuro de cromo) basándose en varias mediciones ópticas. Un miembro de la facultad de la Universidad de Wyoming y su equipo de investigación utilizaron microscopía de túnel y mediciones de espectroscopía que revelan claramente un valor de brecha de energía mucho menor y resuelven la discordia.

«Nuestros resultados han resuelto un largo debate sobre una propiedad física importante, que es la brecha de energía en la materia», dice TeYu Chien, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Washington. «Las mediciones de microscopía de efecto túnel y espectroscopía que realizamos revelaron claramente que la brecha de energía es de aproximadamente 0,3 electronvoltios (eV), que es mucho más pequeña que la medida por métodos ópticos, que oscila entre 1,68 y 2,1 voltios».

Chen dice que los datos de su equipo explican esas mediciones ópticas anteriores como transiciones de varias características de la banda de conducción y la valencia en lugar de la detección de brechas de energía en el material.

Los materiales de Van der Waals consisten en capas bidimensionales altamente interconectadas unidas a la tercera dimensión por fuerzas de van der Waals más débiles. Por ejemplo, el grafito es un material de van der Waals ampliamente utilizado en la industria de electrodos, lubricantes, fibras, intercambiadores de calor y baterías. La naturaleza de las fuerzas de van der Waals entre capas permite a los investigadores usar cinta adhesiva para exfoliar las capas en peces atómicos.

Shane es el autor correspondiente de un artículo titulado “La pequeña brecha energética de CrBr descubierta₃ By Scanning Tunneling Spectroscopy «, publicado el 8 de diciembre en Física química Física química. El trabajo fue seleccionado para los «artículos candentes» de la revista, una colección de temas que presenta los trabajos más importantes publicados en él. Física química Física química. Este trabajo también aparecerá en la portada exterior de la próxima edición impresa.

Dinesh Paral, un estudiante graduado de la Universidad de Washington de Nepal, fue el autor principal del artículo. Realizar trabajos experimentales en microscopía de túnel de barrido, espectroscopía y análisis de datos. Otros investigadores que contribuyeron a la investigación son el profesor asociado Geeva Tian, ​​el profesor Yuri Dahnovsky y Genki Tang, profesor y presidente del departamento, todos del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Washington.

Los estudiantes de posgrado incluyeron a los participantes de la investigación Zhuangen Fu y Aaron Wang, ambos de China; Uppalaiah Erugu de India; Rabendra Dollal y Narendra Shrestha, ambos de Nepal; Y Andrei Zadorogeniy de Rusia.

Desde el primer grafeno aislado (grafito delgado atómico) en 2004, se ha confirmado que muchos materiales de van der Waals tienen propiedades de metales, semimetales, semiconductores, aislantes y superconductores. Los materiales magnéticos de Van der Waals no se unieron a la familia del grafeno hasta 2017.

El trilobito de cromo es una de las principales familias de van der Waals Materiales magneticos Se utilizó para explorar el potencial de las aplicaciones espintrónicas, donde el momento magnético del electrón se utiliza para calcular y almacenar información en lugar de utilizar las propiedades de carga de electrones de la electrónica tradicional.

Dado que los materiales de van der Waals tienen interacciones muy débiles entre capas y un enlace relativamente más fuerte entre átomo y átomo, esto permite a los investigadores pelarlos y apilarlos para cualquier combinación de materiales de espesores atómicos.

«Este pelado de van der Waals es similar a pelar la cáscara de cebolla, pero a nivel atómico», dice Paral.

La microscopía y espectroscopía de túnel es una herramienta de imágenes capaz de medir imágenes de resolución atómica, junto con las propiedades electrónicas de esta escala. Las virutas de tribromuro de cromo se despegaron de los cristales a granel hasta un espesor atómicamente delgado y se transfirieron a un sustrato conductor, como grafito termoeléctrico, para su estudio.

«Comprender la brecha energética en el trifromuro de cromo resuelve el debate actual de la comunidad científica», dice Chen. «Esto también es clave para obtener un mejor control de los dispositivos espintrónicos que incluyen trifromuro de cromo».

Chen dice que los resultados del estudio proporcionarán a los investigadores una mejor comprensión de este importante material para aplicaciones en electrónica dental y materiales cuánticos.

“Los materiales con tales propiedades tienen aplicaciones potenciales en ingeniería para reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos y espintrónicos hacia el nivel atómico”, dice.