Como la mayoría de los materiales, una banda elástica se vuelve más delgada cuando se estira. Pero algunos materiales se comportan de manera opuesta:se vuelven más gruesos cuando se estiran y más delgados cuando se comprimen. Estas sustancias contradictorias, conocidos como materiales auxéticos, tienden a tener una alta resistencia al cizallamiento o fractura y se utilizan en aplicaciones como implantes médicos y sensores. Pero típicamente, este efecto auxético solo se ve cuando el material está distorsionado en una dirección particular.

Ahora, Minglei Sun y Udo Schwingenschlögl han predicho que un grupo de materiales a base de carbono, formado en láminas delgadas como un átomo, debería mostrar este efecto auxético en todas las direcciones. Este fenómeno nunca se había observado antes en ningún material anisotrópico 2D, una creciente familia de materiales planos que incluye varios materiales potencialmente auxéticos.

Los investigadores de KAUST calcularon varias características clave de tres materiales 2D llamados sulfuro de carbono, seleniuro de carbono y telururo de carbono, que unen el carbono con elementos conocidos colectivamente como calcógenos. Los cálculos se basan en la teoría funcional de la densidad, un enfoque de uso común basado en la mecánica cuántica, y describen características de los materiales como su estabilidad estructural, comportamiento mecánico y propiedades electrónicas.

Todos los materiales auxéticos tienen una relación de Poisson negativa, un número que describe cómo se deforma un material cuando se estira o se comprime. Pero los investigadores encontraron que los tres materiales son exclusivamente auxéticos porque tienen una relación de Poisson omnidireccional negativa. "Nos sorprendió encontrar una serie de materiales anisotrópicos 2D con una relación de Poisson negativa en todas las direcciones, "dice Sun.

Los cálculos de Sun y Schwingenschlögl predicen que los tres materiales deberían ser estables a temperatura ambiente, sugiriendo que es posible sintetizarlos y aislarlos. También explican el efecto auxético omnidireccional de los materiales en términos de sus estructuras cristalinas y enlaces químicos. El telururo de carbono muestra el efecto auxético más fuerte, que es más grande en todas las direcciones que los valores más altos observados en la mayoría de los otros materiales auxéticos 2D. También tiene la tensión de fractura más alta de los tres materiales investigados por los investigadores de KAUST.

Según el equipo, los materiales deben ser semiconductores capaces de absorber luz visible o infrarroja cercana. Los tres calcogenuros de carbono "resultan ser semiconductores de banda prohibida directos o cuasi-directos con una absorción impresionante de la radiación solar, ", dice Sun. Esto implica que los materiales podrían ser útiles en dispositivos fotovoltaicos o como catalizadores alimentados por luz." Nuestro siguiente paso es predecir más materiales auxéticos 2D con una relación de Poisson negativa en todas las direcciones, "dice Schwingenschlögl.