Ninguanãm pode disparar uma bala atravanãs de uma banana de maneira que a pele seja perfurada, mas a banana permanece intacta. No entanto, nonívelde camadas atômicas individuais, os pesquisadores da TU Wien (Viena) alcana§aram esse feito - eles desenvolveram um manãtodo de nanoestruturação com o qual certas camadas de material podem ser perfuradas com extrema precisão e outras permanecem completamente intocadas, embora o projanãtil penetra em todas as camadas. Isso épossí­vel com a ajuda de a­ons altamente carregados. Eles podem ser usados ​​para processar seletivamente assuperfÍcies de novos sistemas de materiais 2-D, por exemplo, para ancorar certos metais sobre eles, que podem então servir como catalisadores. O novo manãtodo já foi publicado na revista ACS Nano .

Os materiais compostos por várias camadas ultrafinas são considerados um novo e empolgante campo de pesquisa de materiais. O grafeno de material de alto desempenho, que consiste em apenas uma única camada de a¡tomos de carbono, foi usado em muitos novos materiais de pela­cula fina com novas propriedades promissoras.

"Investigamos uma combinação de grafeno e dissulfeto de molibdaªnio. As duas camadas de material são colocadas em contato e depois aderem umas a s outras pelas forças fracas de van der Waals", diz Janine Schwestka, do Instituto de Fa­sica Aplicada da TU WIen e primeiro autor da publicação atual. "O grafeno éum condutor muito bom, o dissulfeto de molibdaªnio éum semicondutor e a combinação pode ser interessante para a produção de novos tipos de dispositivos de armazenamento de dados".

Para certas aplicações, no entanto, a geometria do material precisa ser processada especificamente em uma escala de nana´metros - por exemplo, para alterar as propriedades químicas adicionando tipos adicionais de a¡tomos ou controlar as propriedades a³pticas dasuperfÍcie . "Existem manãtodos diferentes para isso", explica Janine Schwestka. "Vocaª pode modificar assuperfÍcies com um feixe de elanãtrons ou com um feixe de a­ons convencional. No entanto, com um sistema de duas camadas, sempre existe o problema de o feixe afetar as duas camadas ao mesmo tempo, mesmo que apenas uma delas seja suposta. para ser modificado.

Quando um feixe de a­ons éusado para tratar umasuperfÍcie, geralmente éa força do impacto dos a­ons que afeta o material. Na TU Wien, no entanto, a­ons relativamente lentos são usados, com carga maºltipla. "Duas formas diferentes de energia devem ser distinguidas aqui", explica o professor Richard Wilhelm. "Por um lado, há energia cinanãtica , que depende da velocidade com que os a­ons impactam nasuperfÍcie. Por outro lado, há energia potencial , que édeterminada pela carga elanãtrica dos a­ons. Com os convencionais Nos feixes de a­ons, a energia cinanãtica desempenha um papel decisivo, mas para nosa energia potencial éparticularmente importante ".

Ha¡ uma diferença importante entre essas duas formas de energia: Enquanto a energia cinanãtica éliberada em ambas as camadas do material ao penetrar no sistema de camadas, a energia potencial pode ser distribua­da de maneira muito desigual entre as camadas: "O dissulfeto de molibdaªnio reage muito fortemente a  alta a­ons carregados ", diz Richard Wilhelm. "Um aºnico a­on que chega a esta camada pode remover dezenas ou centenas de a¡tomos da camada. O que resta éum buraco, que pode ser visto muito claramente sob um microsca³pio eletra´nico". A camada de grafeno, por outro lado, que o projanãtil atinge imediatamente depois, permanece intacta: a maior parte da energia potencial já foi liberada.

O mesmo experimento também pode ser revertido, de modo que o a­on altamente carregado atinja primeiro o grafeno e somente a camada de dissulfeto de molibdaªnio. Nesse caso, as duas camadas permanecem intactas: o grafeno fornece ao a­on os elanãtrons necessa¡rios para neutraliza¡-lo eletricamente em uma pequena fração de segundo. A mobilidade dos elanãtrons no grafeno étão alta que o ponto de impacto também "esfria" imediatamente. O a­on atravessa a camada de grafeno sem deixar vesta­gios permanentes. Posteriormente, não pode mais causar muitos danos na camada de dissulfeto de molibdaªnio.

"Isso nos fornece agora um novo manãtodo maravilhoso para manipularsuperfÍcies de maneira direcionada", diz Richard Wilhelm. "Podemos adicionar nano-poros a ssuperfÍcies sem danificar o material do substrato por baixo. Isso nos permite criar estruturas geomanãtricas que antes eram impossa­veis". Deste modo, épossí­vel criar "ma¡scaras" a partir do dissulfeto de molibdaªnio perfurado exatamente como desejado, sobre o qual certos a¡tomos de metal são então depositados. Isso abre completamente novas possibilidades para controlar as propriedades químicas, eletra´nicas e a³pticas dasuperfÍcie.