Investigadores chinos desarrollan el primer material metálico 2D de gran superficie del mundo

Bismuto de una sola capa, encapsulado por disulfuro de molibdeno de una sola capa. (Foto: Cortesía del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China)

Por Ma Tong

Un equipo chino de investigadores ha desarrollado con éxito una capa de metal de un solo átomo de espesor, con un grosor de solo doscientas milésimas del diámetro de un cabello humano, logrando la primera producción mundial de materiales metálicos bidimensionales (2D) en grandes superficies, informó este jueves el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China.

Este material innovador, que abre una nueva frontera en la investigación de metales en 2D, tiene el potencial de revolucionar tecnologías como los transistores ultrapequeños de baja potencia y las pantallas transparentes.

Este logro marca la primera fabricación exitosa de materiales metálicos 2D de gran superficie, que tienen una gran estabilidad en varios entornos.

"Anteriormente, las capas delgadas de metal a pequeña escala eran muy inestables. Nuestro equipo ha desarrollado por primera vez materiales 2D estables para el medio ambiente que no muestran una disminución del rendimiento, incluso después de un año", precisó el equipo de investigación, dirigido por Zhang Guangy, en un comunicado de prensa enviado al Global Times.

Estos metales 2D tienen un grosor igual a un solo átomo, miden solo una millonésima parte del grosor de una hoja de papel A4 y una doscientos milésima parte del diámetro de un cabello humano.

En términos científicos, los materiales 2D genuinos se definen como aquellos con un grosor de uno o unos pocos átomos. Sin embargo, la creación de materiales metálicos tan delgados ha sido durante mucho tiempo un duro desafío para los científicos.

El equipo desarrolló una técnica de fabricación a nivel atómico llamada Compresión de Van der Waals (vdW).

Las fuerzas de Van der Waals (vdW) son un tipo de fuerzas intermoleculares débiles que actúan entre moléculas o átomos neutros. Reciben su nombre en honor al físico holandés Johannes Diderik van der Waals, quien las estudió y las incorporó en su ecuación de estado para gases reales. Estas fuerzas son importantes en química, física y biología porque influyen en propiedades como los puntos de ebullición, la solubilidad y la estructura de materiales.

La nueva Compresión de Van der Waals (vdW), del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, utiliza un yunque especialmente diseñado hecho de materiales vdW atómicamente planos sin enlaces colgantes en su superficie.

El equipo de investigación derritió metales y los exprimió utilizando yunques vdW de disulfuro de molibdeno (MoS₂) de una sola capa de alta calidad, que habían preparado previamente. Este proceso permitió la fabricación consistente de metales 2D, como bismuto, estaño y plomo, en el límite de espesor atómico.

"Este avance está a punto de anunciar una nueva era en el estudio de los metales 2D, allanando el camino para nuevos avances tecnológicos en áreas como los transistores ultraminiatura de baja potencia, los dispositivos de alta frecuencia, las pantallas transparentes, los sensores ultrasensibles y la catálisis altamente eficiente, entre otros campos", señaló Zhang.

"Además, la técnica de exprimido de vdW ha abierto una vía de fabricación efectiva a nivel atómico para aleaciones metálicas 2D, materiales amorfos y otros materiales 2D sin capas, pintando una visión prometedora para una amplia gama de aplicaciones emergentes de dispositivos cuánticos, electrónicos y fotónicos", agregó Zhang.

Por su parte, Du Luojun, investigador del Instituto de Física, enfatizó que la realización de metales de un solo átomo de espesor va más allá de los actuales sistemas de materiales en capas vdW, llenando un vacío crítico en la familia de materiales 2D.