Material 2D que emite luz

Las llamadas monocapas han cobrado en los últimos diez años un gran protagonismo dentro de la ciencia de los materiales. Ello es debido a que pueden revolucionar muchos sectores tecnológicos así como contribuir a un mejor conocimiento de ciertas áreas de la física.

En física, el término monocapa se refiere a materiales sólidos con un grosor tan pequeño que mide un átomo o unos pocos más. Puede por tanto ser una única capa en el sentido más literal, o, en el caso de los cristales, puede constar de varias capas. A estos materiales también se les llama bidimensionales o 2D. En esta forma tan delgada, exhiben frecuentemente propiedades inesperadas que los hacen interesantes para investigación. Los llamados dicalcogenuros de metales de transición (TMDCs por sus siglas en inglés) son particularmente prometedores. Se comportan como semiconductores y pueden ser utilizados para, por ejemplo, fabricar chips ultrapequeños y energéticamente eficientes.

Además, los dicalcogenuros de metales de transición son capaces de generar luz cuando se les suministra energía. El equipo de Christian Schneider y Sven Höfling, de la Universidad Julius Maximilian de Wurzburgo, en Baviera, Alemania, ha aprovechado este efecto para sus experimentos de iluminación.

En primer lugar, se produjo una monocapa usando un método muy simple. Este consiste, a grandes rasgos y con algunas variaciones, en la siguiente secuencia de acciones: Se usa un trozo de cinta pegajosa para exfoliar una película multicapa de un cristal de TMDC. Empleando el mismo procedimiento, se pueden arrancar capas cada vez más delgadas de esta película. Este proceso se repite hasta que el material en la cinta tiene el grosor de una sola capa.

Ilustración artística de una fuente de pares de fotones: la monocapa (debajo) emite exactamente dos fotones de diferentes frecuencias bajo las condiciones adecuadas. Se ilustran en rojo y verde en la imagen. (Imagen: Karol Winkler)

Los investigadores enfriaron después esta monocapa hasta una temperatura solo un poco por encima del Cero Absoluto, y la excitaron con un láser. Esto hace que la monocapa emita fotones individuales bajo condiciones específicas. El equipo de Schneider y Höfling pudo así mostrar que un tipo especial de excitación produce no uno sino exactamente dos fotones. Las partículas de luz son generadas por pares, por así decirlo.

Tales fuentes de pares de fotones son interesantes por la siguiente razón: pueden ser utilizadas para transferir información que jamás pueda ser espiada. Para ello, las partículas de luz son entrelazadas cuánticamente entre sí, lo que implica que sus estados quedan aparentemente interconectados. El estado del primer fotón tiene entonces una influencia directa sobre el del segundo fotón, sin importar la distancia entre ellos. Gracias a esta exótica característica cuántica, se puede encriptar información con un grado extremo de seguridad, inalcanzable por cualquier método convencional.

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