Pequeñas espirales podrían tener un gran impacto

Esta espiral microscópica y retorcida se "cultivó" depositando láminas de material 2D sobre un sustrato ligeramente curvado al deslizar una nanopartícula debajo.

Exhibe interesantes propiedades superconductoras sintonizables, según los químicos que lo crearon, lo que lo convierte en un desarrollo importante en el intrigante mundo de la twistrónica.

"Esta es la frontera actual de la investigación de materiales 2D", dice Song Jin, de la Universidad de Wisconsin-Madison, EE. UU. "En los últimos años, los científicos se han dado cuenta de que cuando haces un pequeño giro entre las capas atómicas, generalmente unos pocos grados, creas propiedades físicas muy interesantes, como la superconductividad no convencional".

En un artículo en la revista Science, Jin y sus colegas describen su forma de controlar el crecimiento de espirales microscópicas retorcidas de materiales que tienen solo un átomo de espesor, lo que les permite construir pilas de materiales retorcidas continuamente.

La práctica estándar, dice el primer autor Yuzhou Zhao, es apilar mecánicamente dos láminas de materiales delgados una encima de la otra y controlar manualmente el ángulo de giro entre ellas. Pero cuando cultiva estos materiales 2D directamente, no puede controlar el ángulo porque las interacciones entre las capas son muy débiles.

La alternativa, dice Jin, es mirar fuera del mundo de la geometría euclidiana, con sus planos, líneas rectas y ángulos rectos, y pensar en las curvas.

Su equipo torció espirales aprovechando una imperfección en los cristales en crecimiento llamada dislocaciones de tornillo. En los materiales 2D, las dislocaciones brindan un paso adelante para las siguientes capas de la estructura a medida que gira en espiral como una rampa de estacionamiento con todas las capas conectadas a lo largo de la pila, alineando la orientación de cada capa.

Para hacer crecer una estructura espiral no euclidiana y hacer que las espirales se retuerzan, los investigadores cambiaron la base a partir de la cual crecieron sus espirales.

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En lugar de hacer crecer cristales en un plano, Zhao colocó una nanopartícula, como una partícula de óxido de silicio, debajo del centro de la espiral. Durante el proceso de crecimiento, la partícula rompe la superficie plana y crea una base curva para que crezca el cristal 2D.

Lo que encontraron, dicen, es que en lugar de una espiral alineada donde el borde de cada capa se encuentra paralelo a la capa anterior, el cristal 2D forma una espiral multicapa que se retuerce continuamente y se retuerce de manera predecible de una capa a la siguiente.

El ángulo del giro de la capa intermedia surge de un desajuste entre los cristales 2D planos (euclidianos) y las superficies curvas (no euclidianas) en las que crecen.

Luego, Zhao desarrolló un modelo matemático simple para predecir los ángulos de giro de las espirales, basado en la forma geométrica de la superficie curva, y sus formas espirales modeladas coincidieron bien con las estructuras cultivadas.

Cuando se examinaron las espirales bajo un microscopio electrónico, las imágenes mostraron que los átomos en las capas retorcidas vecinas formaron un patrón de interferencia superpuesto esperado llamado patrón muaré.

"Ahora podemos seguir un modelo racional arraigado en las matemáticas para crear una pila de estas capas 2D con un ángulo de giro controlable entre cada capa, y son continuas", sugiere Zhao.

Publicado originalmente por Cosmos como Pequeñas espirales podrían tener un gran impacto

Contenido curado por el equipo editorial de Cosmos Magazine.

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