We kunnen ons voorstellen dat kristallen perfecte structuren zijn, maar zij zijn, in feite, vaak geplaagd door "gebreken". Vreemd genoeg, dergelijke defecten verschijnen vaak als gevolg van atomen die een reorganisatie ondergaan om de energie van het systeem te verlagen en stabiliteit te bereiken.

"Dislocaties kunnen de fysische en chemische eigenschappen van een kristal sterk beïnvloeden. ze kunnen "reacties" ondergaan wanneer bijvoorbeeld spanning op het kristal wordt uitgeoefend of atomen aan het oppervlak worden toegevoegd. Bestuderen hoe dislocaties reageren kan, daarom, cruciale inzichten verschaffen over hoe deze kristaldefecten kunnen worden verholpen. Siliceen op zirkoniumdiboride (ZrB ₂ ) biedt daarvoor een perfect testbed.

Deze tweedimensionale vorm van silicium heeft een reeks dislocaties die verdwijnen als er maar weinig Si-atomen op worden afgezet. Deze transformatie, dat de hoge energiekosten onderdrukt die worden veroorzaakt door de aanwezigheid van onbegrensde Si-atomen op het oppervlak, vereist de reactie van vier dislocaties om de ruimte te creëren die nodig is om de afgezette atomen in het siliceenvel op te nemen. Omdat dit de beweging van een groot aantal atomen nodig heeft en om de afstotende interactie tussen de dislocaties te overwinnen, deze transformatie leek op het eerste gezicht erg onwaarschijnlijk:het is een echte atomistische puzzel die moet worden opgelost om de afgezette atomen te integreren, ", zegt hoofddocent Antoine Fleurence van het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Japan, die aan 2D-materialen werkt.

In een nieuwe studie gepubliceerd in 2D Materials, Dr. Fleurence en zijn collega, Prof. Yukiko Yamada-Takamura van JAIST, gevolgd met behulp van scanning tunneling microscopie (STM) de evolutie van dislocaties in een siliceenvel in realtime na het afzetten van silicium (Si)-atomen erop.

Door deze real-time monitoring kon de truc worden bepaald die door de natuur wordt gebruikt om de afgezette Si-atomen te integreren en een dislocatievrije siliceenplaat te verkrijgen:de siliceenplaat ondergaat een opeenvolging van dislocatiereacties waarbij de integratie van Si-atomen in de siliceenplaat plaatsvindt . Lokaal "gekiemde" eilanden met één domein verspreiden zich vervolgens over de hele siliceenplaat om uiteindelijk te resulteren in een dislocatievrije, structuur met één domein.

"De informatie over dislocatiedynamiek die door deze studie wordt verstrekt, kan worden gebruikt om oplossingen te vinden om structurele defecten in vergelijkbare 2D-materialen te genezen, interfaces, en een breed scala aan nanomaterialen, " zegt dr. Fleurence.