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A través de ángulos de giro mágico y estados de energía únicos, es posible diseñar materiales delgados y atómicos a medida que podrían ser invaluables para la electrónica del futuro. Ahora, los investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, y la Universidad de Regensburg en Alemania han arrojado luz sobre la dinámica ultrarrápida de estos nuevos materiales. Los resultados fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista Nature Materials.
Cortesía de Chalmers: imagina que estás construyendo una célula solar súper delgada y eficiente en energía. Tienes un material que conduce la corriente y otro que absorbe la luz. Por lo tanto, debe usar ambos materiales para lograr las propiedades deseadas, y el resultado puede no ser tan fino como esperaba.
Ahora imagina en cambio que tienes capas delgadas de cada material, que colocas una encima de la otra. Gira una capa hacia la otra una cierta cantidad y, de repente, se forma una nueva conexión, con estados de energía especiales, conocidos como excitones entre capas, que existen en ambas capas. Ahora tienes el material deseado en un nivel atómicamente delgado.
Ermin Malic, investigador de la Universidad de Tecnología de Chalmers, en colaboración con colegas de investigación alemanes de Rupert Huber en la Universidad de Regensburg, ha logrado demostrar con qué rapidez se forman estos estados y cómo pueden sintonizarse a través de ángulos de torsión. Apilar y torcer materiales atómicamente delgados, como los ladrillos Lego, en nuevos materiales conocidos como “heteroestructuras”, es un área de investigación que aún se encuentra en sus inicios.
“Estas heteroestructuras tienen un enorme potencial, ya que podemos diseñar materiales a medida. La tecnología podría usarse en celdas solares, electrónica flexible e incluso posiblemente en computadoras cuánticas en el futuro ”, dice Ermin Malic, profesora del Departamento de Física de Chalmers.
Ermin Malic y sus estudiantes de doctorado Simon Ovesen y Samuel Brem colaboraron recientemente con investigadores en la Universidad de Regensburg. El grupo sueco ha sido responsable de la parte teórica del proyecto, mientras que los investigadores alemanes realizaron los experimentos. Por primera vez, con la ayuda de métodos únicos, lograron revelar los secretos detrás de la formación ultrarrápida y la dinámica de los excitones de capa intermedia en materiales de heteroestructura. Usaron dos láseres diferentes para seguir la secuencia de eventos. Al retorcer materiales atómicamente delgados entre sí, han demostrado que es posible controlar la rapidez con la que se producen las dinámicas de excitón.
«Este campo de investigación emergente es igualmente fascinante e interesante para la academia como para la industria», dice Ermin Malic. Dirige el Centro de Grafeno de Chalmers, que reúne investigación, educación e innovación en torno al grafeno, otros materiales atómicamente delgados y heteroestructuras bajo un paraguas común.
Estos tipos de materiales prometedores se conocen como materiales bidimensionales (2D), ya que solo consisten en una capa delgada atómica. Debido a sus propiedades notables, se considera que tienen un gran potencial en varios campos de la tecnología. El grafeno, que consiste en una sola capa de átomos de carbono, es el ejemplo más conocido. Se está empezando a aplicar en la industria, por ejemplo, en detectores súper rápidos y altamente sensibles, dispositivos electrónicos flexibles y materiales multifuncionales en las industrias automotriz, aeroespacial y de envasado.
Pero el grafeno es solo uno de los muchos materiales en 2D que podrían ser de gran beneficio para nuestra sociedad. Actualmente hay mucha discusión sobre las heteroestructuras que consisten en grafeno combinado con otros materiales 2D. En poco tiempo, la investigación sobre heteroestructuras ha logrado grandes avances, y la revista Nature ha publicado recientemente varios artículos de vanguardia en este campo de investigación.
En Chalmers, varios grupos de investigación están trabajando a la vanguardia del grafeno. El Centro de Grafeno ahora está invirtiendo en nuevas infraestructuras para poder ampliar el área de investigación e incluir también otros materiales 2D y heteroestructuras.
«Queremos establecer un centro sólido y dinámico para materiales 2D aquí en Chalmers, para que podamos construir puentes con la industria y asegurar que nuestro conocimiento beneficie a la sociedad», dice Ermin Malic.
Lea el artículo en Nature Materials: Transición ultrarrápida entre fases de excitón en heteroestructuras de van der Waals
Lea el comunicado de prensa en inglés de la Universidad de Regensburg en Alemania
Para obtener más información, póngase en contacto:
Ermin málico, Profesor Asociado, Departamento de Física y Director del Centro de grafeno, Chalmers University of Technology, Suecia, 46 31 772 32 63, 46 70 840 49 53, ermin.malic@chalmers.se
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