La naturaleza ofrece nuevas claves para fabricar ‘materiales a medida’

En 2004, André Geim y Konstantin Novoselov demostraron que era posible separar capas de grafito de espesor de un solo átomo y otros materiales bidimensionales con la única ayuda de cinta adhesiva. Desde entonces, la comunidad científica persigue la posibilidad de fabricar materiales ‘a medida’ mediante el apilamiento de distintos materiales ultradelgados, con el objetivo de desarrollar una nueva generación de tecnología flexible y transparente. Estos son los materiales que hoy se conocen como ‘heteroestructuras de van der Waals’.

Hasta la fecha, el procedimiento para fabricar heteroestructuras ha sido totalmente artesanal, lo que conlleva varias dificultades: controlar que las capas apiladas estén perfectamente alineadas (hasta el último átomo), o evitar que residuos atmosféricos queden atrapados durante el proceso de apilamiento, por ejemplo.

Ahora, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el instituto IMDEA Nanociencia (España), en colaboración con el sincrotrón español ALBA y la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), han descubierto que la naturaleza fabrica mejores estructuras de van der Waals que los científicos en los laboratorios.

Concretamente, estos investigadores han encontrado que la franckeita, un mineral de la familia de las sulfosales conocido desde 1893, posee de manera natural una estructura similar a las heteroestructuras de van der Waals, con la ventaja de que el alineamiento es prácticamente perfecto y no hay residuos atrapados entre las capas.

“Una vez más confirmamos que la naturaleza va un paso por delante”, afirman los investigadores. Los resultados, publicados por Nature Communications en un artículo de acceso gratuito, marcan un hito en la investigación en materiales bidimensionales y abren la puerta a un nuevo campo de investigación: las heteroestructuras naturales.

Franckeita. Izquierda: mineral en volumen; centro: material hecho polvo; derecha: suspensión de franckeita en un disolvente. (Foto: UAM-IMDEA Nanociencia)

El trabajo también demuestra que es posible emplear procedimientos similares a los utilizados con el grafeno para aislar capas de pocos átomos de espesor, los cuales pueden ser utilizados para fabricar fotodetectores y celdas solares capaces de operar en el infrarrojo. Estos son dispositivos muy interesantes para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas, como cámaras de visión nocturna o sensores para las telecomunicaciones.

Además, el trabajo demuestra que la franckeita se puede exfoliar químicamente, obteniendo suspensiones del material en disolvente que permiten fabricar láminas ultradelgadas a gran escala. “Estos métodos eran incompatibles con los procedimientos artesanales empleados hasta la fecha, que solamente permiten ensamblar heteroestructuras capa a capa”, afirman los autores.

“El haber aislado la franckeita como un material de unos pocos átomos de espesor supone un hito en la investigación en materiales bidimensionales, ya que, desde ahora, es posible obtener heteroestructuras de van der Waals de la propia naturaleza, evitando así su dificultosa síntesis”, agregan. (Fuente: UAM)