Tachtig jaar na de theoretische voorspelling van de kracht die nodig is om de binding van Van der Waals tussen lagen in een kristal te overwinnen, technische onderzoekers van Tohoku University hebben het direct gemeten. Ze rapporteren hun resultaten deze week in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

In zijn proof-of-concept, het team creëerde ook duurzamere galliumselenidekristallen. De prestatie zou de ontwikkeling van terahertz- en spintronica-technologieën kunnen bevorderen, gebruikt in een reeks toepassingen, van medische beeldvorming tot kwantumcomputers.

"Dit is de eerste keer dat iemand de van der Waals-bindingskracht rechtstreeks heeft gemeten in de lagen van een kristal, "Tadao Tanabé, een van de auteurs, zei. "Zelfs middelbare scholieren kennen deze kracht, maar in kristallen was het erg moeilijk om direct te meten."

Hoewel het voor veel technologieën als veelbelovend wordt beschouwd, het gebruik van galliumselenidekristallen werd belemmerd door het feit dat ze notoir kwetsbaar zijn. Om ze sterker te maken, Het Tanabe-team, waaronder collega Yutaka Oyama van het Department of Materials Science, ingebeelde groeiende kristallen met kleine hoeveelheden selenium vervangen door het zeldzame element tellurium.

De onderzoekers vermoedden dat de grotere elektronenwolk van tellurium grotere Van der Waals-krachten tussen de kristallagen zou produceren, versterking van de algehele structuur. Van der Waals' zijn zwakke elektrische krachten die atomen naar elkaar toe trekken door subtiele verschuivingen in de elektronenconfiguraties van het atoom.

Het team kweekte en vergeleek drie verschillende soorten kristallen:één puur galliumselenide, één met 0,6 procent tellurium en één met 10,6 procent tellurium. Om het effect op het tellurium op de hechting tussen de lagen te testen, het team vond het equivalent van een kristallen sandwichopener uit. Hun systeem is in staat om tot in detail de treksterkte te meten, de kracht die nodig is om aan het kristal te trekken totdat het breekt.

"Het trekproefsysteem is in sommige opzichten heel eenvoudig, "Zei Tanabe. "Maar het was erg moeilijk om een ​​manier te vinden om het exacte punt te identificeren waarop het kristal brak."

De geteste kristallen waren ongeveer 3 millimeter breed, en slechts 1/5 millimeter dik, ongeveer de helft van de dikte van een stuk standaard printerpapier. Elk kristal bestaat uit honderden afzonderlijke lagen.

Het team gebruikte speciale dubbelzijdige tape aan weerszijden van een kristal om het vast te houden tussen een verankerd podium en een beweegbaar podium dat langzaam kon worden weggetrokken. met een snelheid van 50 miljoenste van een meter per seconde. "Dit stelde ons in staat om heel nauwkeurig de tussenlaagkracht te meten waarbij het kristal brak, ' zei Tanabé.

De onderzoekers ontdekten dat de tussenlaag van der Waals-binding in de met tellurium gedoteerde kristallen zeven keer sterker was dan in zuivere galliumselenide-kristallen.

Met toevoeging van telluur, het zachte en splitsbare galliumselenidekristal wordt stijf door versterking van de van der Waals-bindingskracht, de auteurs rapporteren, de weg vrijmaken voor het gebruik van dit systeem om op kristal gebaseerde technologieën te verbeteren.