A través de ángulos de giro mágico y estados de energía únicos, es posible diseñar a medida, materiales atómicamente delgados que podrían ser invaluables para la electrónica del futuro. Ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y la Universidad de Ratisbona en Alemania han arrojado luz sobre la dinámica ultrarrápida de estos nuevos materiales. Los resultados fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista Materiales de la naturaleza .

Imagine que está construyendo una célula solar superdelgada y de bajo consumo energético. Tienes un material que conduce la corriente y otro que absorbe la luz. Por lo tanto, debe utilizar ambos materiales para lograr las propiedades deseadas, y es posible que el resultado no sea tan fino como esperaba.

Ahora imagina, en cambio, que tienes capas atómicamente delgadas de cada material, que colocas uno encima del otro. Giras una capa hacia la otra una cierta cantidad, y de repente se forma una nueva conexión, con estados de energía especiales, conocidos como excitones entre capas, que existen en ambas capas. Ahora tiene el material deseado a un nivel atómicamente delgado.

Ermin Malic, investigador de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en colaboración con colegas de investigación alemanes en torno a Rupert Huber en la Universidad de Regensburg, ahora ha logrado mostrar qué tan rápido se forman estos estados y cómo se pueden sintonizar a través de ángulos de torsión. Apilar y retorcer materiales atómicamente delgados como ladrillos Lego, en nuevos materiales conocidos como 'heteroestructuras', es un área de investigación que aún se encuentra en sus inicios.

"Estas heteroestructuras tienen un potencial tremendo, ya que podemos diseñar materiales a medida. La tecnología podría usarse en células solares, electrónica flexible, e incluso posiblemente en computadoras cuánticas en el futuro, "dice Ermin Malic, Profesor del Departamento de Física de Chalmers.

Ermin Malic y sus estudiantes de doctorado Simon Ovesen y Samuel Brem colaboraron recientemente con investigadores de la Universidad de Regensburg. El grupo sueco se ha encargado de la parte teórica del proyecto, mientras que los investigadores alemanes realizaron los experimentos. Por primera vez, con la ayuda de métodos únicos, lograron revelar los secretos detrás de la formación ultrarrápida y la dinámica de los excitones entre capas en materiales de heteroestructura. Utilizaron dos láseres diferentes para seguir la secuencia de eventos. Al retorcer materiales atómicamente delgados entre sí, han demostrado que es posible controlar la rapidez con la que se produce la dinámica de los excitones.

"Este campo de investigación emergente es igualmente fascinante e interesante para el mundo académico como para la industria, "dice Ermin Malic. Dirige el Chalmers Graphene Center, que reúne investigaciones, educación e innovación en torno al grafeno, otros materiales atómicamente delgados y heteroestructuras bajo un mismo paraguas común.

Este tipo de materiales prometedores se conocen como materiales bidimensionales (2-D), ya que solo constan de una capa atómicamente delgada. Por sus notables propiedades, se considera que tienen un gran potencial en diversos campos de la tecnología. Grafeno que consta de una sola capa de átomos de carbono, es el ejemplo más conocido. Está comenzando a aplicarse en la industria, por ejemplo, en detectores ultrarrápidos y muy sensibles, dispositivos electrónicos flexibles y materiales multifuncionales en automoción, industrias aeroespacial y de embalaje.

Pero el grafeno es solo uno de los muchos materiales bidimensionales que podrían ser de gran beneficio para nuestra sociedad. Actualmente hay mucha discusión sobre heteroestructuras que consisten en grafeno combinado con otros materiales 2-D. En poco tiempo la investigación sobre heteroestructuras ha hecho grandes avances, y el diario Naturaleza ha publicado recientemente varios artículos innovadores en este campo de investigación.

En Chalmers, varios grupos de investigación están trabajando a la vanguardia del grafeno. El Graphene Center ahora está invirtiendo en nueva infraestructura para poder ampliar el área de investigación para incluir también otros materiales 2-D y heteroestructuras.

"Queremos establecer un centro fuerte y dinámico para materiales 2-D aquí en Chalmers, para que podamos construir puentes con la industria y asegurar que nuestro conocimiento beneficie a la sociedad, "dice Ermin Malic.

El papel, publicado en Materiales de la naturaleza , se titula "Transición ultrarrápida entre fases de excitones en heteroestructuras de van der Waals".