Es la doble hélice, con su estructura estable y flexible de información genética, que hizo posible la vida en la Tierra en primer lugar. Ahora, un equipo de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha descubierto una estructura de doble hélice en un material inorgánico. El material que comprende estaño, El yodo y el fósforo es un semiconductor con extraordinarias propiedades ópticas y electrónicas, así como una extrema flexibilidad mecánica.

Flexible pero robusto:esta es una de las razones por las que la naturaleza codifica la información genética en forma de doble hélice. Los científicos de TU Munich han descubierto ahora una sustancia inorgánica cuyos elementos están dispuestos en forma de doble hélice.

La sustancia llamada SnIP, que comprende los elementos estaño (Sn), yodo (I) y fósforo (P), es un semiconductor. Sin embargo, a diferencia de los materiales semiconductores inorgánicos convencionales, es muy flexible. Las fibras de un centímetro de largo se pueden doblar arbitrariamente sin romperse.

"Esta propiedad de SnIP es claramente atribuible a la doble hélice, "dice Daniela Pfister, quien descubrió el material y trabaja como investigador en el grupo de trabajo de Tom Nilges, Profesor de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores en TU Munich. "SnIP se puede producir fácilmente en una escala de gramos y es, a diferencia del arseniuro de galio, que tiene características electrónicas similares, mucho menos tóxico ".

Innumerables posibilidades de aplicación

Las propiedades semiconductoras de SnIP prometen una amplia gama de oportunidades de aplicación, desde la conversión de energía en células solares y elementos termoeléctricos a fotocatalizadores, sensores y elementos optoelectrónicos. Dopando con otros elementos, las características electrónicas del nuevo material se pueden adaptar a una amplia gama de aplicaciones.

Debido a la disposición de los átomos en forma de doble hélice, las fibras, que miden hasta un centímetro de largo se pueden dividir fácilmente en hebras más delgadas. Las fibras más delgadas hasta la fecha comprenden solo cinco hebras de doble hélice y solo tienen unos pocos nanómetros de espesor. Eso abre la puerta también a aplicaciones nanoelectrónicas.

"Especialmente la combinación de interesantes propiedades de semiconductores y flexibilidad mecánica nos da un gran optimismo con respecto a posibles aplicaciones, ", dice el profesor Nilges." En comparación con las células solares orgánicas, esperamos lograr una estabilidad significativamente mayor de los materiales inorgánicos. Por ejemplo, SnIP permanece estable hasta alrededor de 500 ° C (930 ° F) ".

Solo al principio

"Similar al carbono, donde tenemos el diamante tridimensional (3D), el grafeno bidimensional y los nanotubos unidimensionales, "explica el profesor Nilges, "aquí tenemos, junto con el material semiconductor 3D silicio y el material 2D fosforeno, por primera vez un material unidimensional, con perspectivas tan emocionantes como los nanotubos de carbono ".

Al igual que con los nanotubos de carbono y las tintas de impresión a base de polímeros, Las hélices dobles de SnIP se pueden suspender en disolventes como el tolueno. De este modo, Se pueden producir capas delgadas de forma sencilla y rentable. "Pero solo estamos en el comienzo de la etapa de desarrollo de materiales, ", dice Daniela Pfister." Todos y cada uno de los pasos del proceso aún deben resolverse ".

Dado que las hebras de doble hélice de SnIP vienen en variantes para diestros y zurdos, los materiales que comprenden solo uno de los dos deben presentar características ópticas especiales. Esto los hace muy interesantes para aplicaciones optoelectrónicas. Pero, hasta ahora no hay tecnología disponible para separar las dos variantes.

Los cálculos teóricos de los investigadores han demostrado que toda una gama de elementos adicionales deberían formar este tipo de hélices dobles inorgánicas. Está pendiente una amplia protección por patente. Los investigadores ahora están trabajando intensamente para encontrar procesos de producción adecuados para otros materiales.

Una extensa alianza interdisciplinaria está trabajando en la caracterización del nuevo material:se han llevado a cabo mediciones de fotoluminiscencia y conductividad en el Instituto Walter Schottky de la TU de Múnich. Los químicos teóricos de la Universidad de Augsburg colaboraron en los cálculos teóricos. Investigadores de la Universidad de Kiel y el Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido en Stuttgart realizaron investigaciones con microscopio electrónico de transmisión. Los espectros de Mössbauer y las propiedades magnéticas se midieron en la Universidad de Augsburg, mientras que los investigadores de TU Cottbus contribuyeron con las mediciones termodinámicas.