Thomas Heine, profesor de química teórica en TU Dresden, junto con su equipo, predijo por primera vez un polímero 2-D topológico en 2019. Solo un año después, un equipo internacional liderado por investigadores italianos pudo sintetizar estos materiales y probar experimentalmente sus propiedades topológicas. Para la reconocida revista Materiales de la naturaleza , esta fue la ocasión para invitar a Thomas Heine a un artículo de News and Views, que se publicó esta semana. Bajo el título "Hacer realidad los polímeros topológicos 2-D, "El profesor Heine describe cómo su teoría se convirtió en realidad.

Los materiales ultrafinos son extremadamente interesantes como bloques de construcción para dispositivos nanoelectrónicos de próxima generación, ya que es mucho más fácil hacer circuitos y otras estructuras complejas dando forma a capas 2-D en las formas deseadas. Thomas Heine, Profesor de Química Teórica en TU Dresden, está trabajando en la predicción de materiales tan innovadores. Sus propiedades se pueden calcular con precisión utilizando métodos modernos de química computacional, incluso antes de que se hayan realizado en el laboratorio.

Esta investigación es particularmente interesante para los polímeros 2-D:su tipo de celosía se define por la forma de sus bloques de construcción, y ésas se pueden seleccionar de la variedad casi infinita de moléculas orgánicas planas que se ajustan a la estructura requerida. Un ejemplo particularmente interesante es el enrejado de kagome, que consta de las esquinas y los bordes de un mosaico trihexagonal. En 2019, Yu Jing y Thomas Heine propusieron sintetizar dichos polímeros 2-D a partir de moléculas orgánicas triangulares (los llamados tri-ángulenos). Estos materiales tienen una estructura combinada de panal-kagome (ver figura). Sus cálculos sugieren que estas estructuras 2-D combinan las propiedades del grafeno (portadores de carga casi sin masa) con las de los superconductores (bandas electrónicas planas).

Ahora, el científico de materiales italiano Giorgio Contini y su equipo internacional han logrado sintetizar este polímero kagome en forma de panal 2-D, como se publicó en Materiales de la naturaleza a principios de esta semana. Un innovador método de síntesis de superficies permitió producir cristales de tan alta calidad que fueron adecuados para la caracterización experimental de propiedades electrónicas.

En efecto, se revelaron las fascinantes propiedades topológicas predichas. Por lo tanto, por primera vez, Se pudo demostrar experimentalmente que los materiales topológicos se pueden realizar mediante polímeros bidimensionales.

La investigación sobre polímeros 2-D se sitúa así sobre una base sólida. La red de kagome descrita aquí es solo un ejemplo entre cientos de posibilidades para conectar moléculas planas a redes regulares. Para algunas de estas variantes, otras propiedades electrónicas interesantes ya se han predicho teóricamente. Esto abre numerosas posibilidades nuevas para que los teóricos y experimentales de la química y la física desarrollen materiales con propiedades previamente desconocidas.

El profesor Heine explica:"Estos resultados muestran que los polímeros 2-D pueden ser materiales con propiedades electrónicas útiles, aunque sus estructuras tienen una malla mucho más amplia que los materiales electrónicos normales, con distancias de más de un nanómetro entre los puntos de la red. El requisito previo es que los materiales sean de excelente calidad estructural. Esto incluye una cristalinidad alta y una densidad de defectos muy baja. Otra contribución importante de los colegas que rodean al Prof. Contini es que, aunque los polímeros 2-D se produjeron sobre una superficie metálica, se pueden desprender y transferir a cualquier otro sustrato, como óxido de silicio o mica, y así incorporarse a los dispositivos electrónicos ".