(izquierda) átomos presentes en el material 2D. (Derecha) Fotos de átomos individuales. Crédito: Grainger College of Engineering en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign
La mayoría de las personas imaginan la vibración a gran escala, como el zumbido de una notificación de teléfono celular o la oscilación de un cepillo de dientes eléctrico. Pero los científicos piensan en la vibración a menor escala, incluso atómica.
En el primer lugar para el campo, los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Grainger de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han utilizado tecnología de imágenes avanzadas para observar directamente una rama previamente oculta de física vibratoria en materiales 2D. Sus hallazgos, publicados en CienciaConfirme la existencia de una clase de modos vibratorios previamente invisibles y presente las imágenes de mayor resolución jamás tomadas de un solo átomo.
Los materiales bidimensionales son un candidato prometedor para la electrónica de próxima generación porque pueden reducirse en tamaño a espesores de solo unos pocos átomos mientras mantienen propiedades electrónicas deseables. Una ruta a estos nuevos dispositivos electrónicos se encuentra a nivel atómico, al crear los llamados sistemas Moiré: pilas de materiales 2D cuyas redes no coinciden, por razones como la torsión de capas atómicas.
Los fonones Moiré son modos vibratorios de baja frecuencia exclusivos de los materiales de bicapa 2D retorcidos. Debido a que el calor es una consecuencia de los patrones vibratorios, examinar diferentes patrones entre los fonones puede ayudar a los científicos a comprender mejor la expresión del calor. Al igual que los fonones, los fasones son modos vibratorios asociados con el movimiento atómico, y se cree que explican algunas de las propiedades únicas y deseables que se ven en materiales 2D retorcidos. Pero hasta ahora, los fasones en materiales 2D habían eludido la observación directa, lo que hace predicciones sobre su existencia puramente hipotética.
“No se puede deshacer fácilmente de los fasones; esa es la bendición y la maldición”, dijo Pinshane Huang, profesora de ciencia e ingeniería de materiales y autor principal del artículo. “Siempre han estado colgando sin ser detectados, cambiando las propiedades de los materiales de Moiré 2D”.
El interés de Huang en la microscopía electrónica provocó la pregunta: ¿Se pueden utilizar nuevos avances en la tecnología de imágenes para visualizar modos vibratorios locales como los fasones? Para investigar esta posibilidad, Huang unió fuerzas con Yichao Zhang, entonces un investigador postdoctoral que estudia el transporte de calor a nanoescala y el autor principal del estudio.
“Nuestro objetivo central era ver el calor mirando un átomo”, dijo Huang. “Esto funciona al obtener una resolución espacial tan alta que las vibraciones de los átomos cambian cuán borrosos aparecen los átomos. Estos movimientos son pequeños, y literalmente podemos mirar un átomo a la vez y ver cómo se mueven debido al calor”.
Para obtener estas imágenes, el equipo se basó en la ptycografía de electrones, una técnica recientemente desarrollada que mejora enormemente la resolución de los microscopios existentes. Al lograr una resolución espacial a escala de picómetro, los investigadores observaron directamente las vibraciones térmicas en los átomos WSE2 de bicapa retorcida.
“Al comienzo de mi carrera, la resolución más alta que pensamos que era posible era justo debajo de un Angstrom”, dijo Huang. “Pero cuando la ptychography rodó hace unos años, comenzamos a ver números tan bajos como 0.2 Angstroms. Eso nos hizo pensar: ‘Oye, el calor vibra los átomos por aproximadamente 0.05 Angstroms’. Poder ver el calor es un ejemplo de cómo un salto monumental en la resolución cambia fundamentalmente lo que pueden hacer los microscopios “.
Los ingenieros de Illinois Grainger anticipan un futuro en el que los fasones pueden usarse para crear electrónica que funcionan de manera diferente a las iteraciones actuales.
“Una aplicación potencial de esta técnica es hacer materiales que son mejores conductores de calor”, dijo Zhang. “Podríamos mirar un solo átomo e identificar un defecto que evita que el material se enfríe de manera más eficiente. Esto podría conducir a mejores técnicas de gestión térmica a escala atómica. Mirar los átomos uno por uno y cómo responden a las vibraciones térmicas nos darán ese tipo de conocimiento fundamental”.
Más información: Yichao Zhang et al, Imágenes de átomo por átomo de Moiré Phasons con electrones Ptychography, Science (2025). Doi: 10.1126/science.adw7751
Proporcionado por la Universidad de Illinois Grainger College of Engineering
Cita: Buenas vibraciones: los científicos usan tecnología de imágenes para visualizar el calor (2025, 26 de julio) Recuperado el 26 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-mood-vibrations-cientists-imaging-technology.html
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