Preparación y caracterización de materiales bidimensionales e intercalados mediante técnicas de superficies.

Abstract

El presente plan plantea temas de investigación básica y aplicada dirigidos a profundizar tres líneas de investigación que se encuentran activas en el grupo de Física de Superficies del Instituto de Física del Litoral (CONICET-UNL). En una de estas líneas, se propone investigar los procesos de adsorción e intercalación de gases nobles como el neón y moléculas de halogenuros metálicos de transición, como el fluoruro de aluminio (AlF3), en superficies de grafito, películas delgadas de sulfuro de molibdeno (MoS2) y superficies naturales de pirita (FeS2). El objetivo general de esta línea es comprender los mecanismos de intercalación/dopado en la estructura cristalina de sustrato y los procesos mediante los cuales la disposición de estas moléculas altera la termodinámica, los estados electrónicos, la composición, la morfología y la reactividad de estos sistemas, con el fin de preparar y modificar películas de materiales bidimensionales con control, atómico. En la segunda línea de investigación, el objetivo general es explorar tanto teórica como experimentalmente el fenómeno de transferencia de carga durante la adsorción y/o colisión de ciertos iones con superficies de materiales 2D y compuestos intercalados. Desde el punto de vista teórico, se emplearán métodos ab initio para calcular las propiedades electrónicas de estos sistemas y se desarrollarán modelos propios para describir la interacción estática y dinámica de diferentes átomos con estas superficies. El enfoque se centra en comprender los mecanismos fundamentales que regulan la interacción entre el proyectil y el adsorbato con la superficie. Desde el punto de vista experimental, se plantea medir el estado final de carga del proyectil cuando iones como H+, Li+, He+ y Ne+ colisionan con materiales bidimensionales. Para ello, se utilizará la técnica de dispersión de iones de baja energía (LEIS) disponible en nuestro laboratorio.

The present plan addresses topics of basic and applied research aimed to deepening three lines of research that are active in the Surface Physics group of the Instito de Física del Litoral (CONICET-UNL). In one of these lines, we propose to investigate the adsorption and intercalation processes of noble gases such as neon and transition metal halide molecules, such as aluminum fluoride (AlF3), on graphite surfaces, thin films of molybdenum disulfide (MoS2), and natural pyrite surfaces (FeS2). The general objective of this line is to understand the intercalation/doping mechanisms in the substrate's crystalline structure and the processes by which the arrangement of these molecules alters the thermodynamics, electronic states, composition, morphology, and reactivity of these systems, in order to prepare and modify two-dimensional material films with atomic control. In the second line of research, the general objective is to explore both theoretically and experimentally the phenomenon of charge transfer during the adsorption and/or collision of certain ions with 2D materials and intercalated compounds. From a theoretical point of view, ab initio methods will be used to calculate the electronic properties of these systems, and bespoke models will be developed to describe the static and dynamic interaction of different atoms with these surfaces. The focus is on understanding the fundamental mechanisms that regulate the interaction between the projectile and the adsorbate with the surface. From an experimental point of view, it is proposed to measure the final charge state of the projectile when ions such as H+, Li+, He+, and Ne+ collide with two-dimensional materials. To do this, the low-energy ion scattering (LEIS) technique available in our laboratory will be used. Direct comparison between experimental and theoretical results will allow the identification of the mechanisms and physical aspects that regulate dynamic charge exchange in the investigated systems. Finally, in the third line of research, we aim to investigate the feasibility of using a Magnetic Susceptibility Balance and a MOKE Magnetometer as alternative techniques to discriminate different qualities and characteristics of these materials widely used in the industry. The general objective of this subproject is to investigate a potential correlation between magnetic (such as magnetic susceptibility) and magneto-optical properties (Kerr signal) with different types of stainless steels and commercial aluminum.