El equipo de KAUST utilizó una búsqueda evolutiva de última generación y cálculos de primeros principios para predecir la estructura de B 2 PAG 6 . Crédito:KAUST
La búsqueda evolutiva ha ayudado a los científicos a predecir la estructura de energía más baja de un material bidimensional (2-D), B 2 PAG 6 , con algunas características notables, incluyendo la anisotropía estructural y la geometría de Janus.
Los materiales de Jano, que llevan el nombre del dios griego de la dualidad de dos caras, tienen dos superficies con propiedades físicas distintas. Como tal, ofrecen beneficios únicos, como una alta eficiencia solar a hidrógeno.
Los materiales anisotrópicos exhiben diferentes propiedades cuando se miden en diferentes direcciones. En el caso de B 2 PAG 6 , la difusión iónica es fuertemente anisotrópica, una característica que puede ser potencialmente útil en soluciones de almacenamiento de energía asequibles, como las baterías de iones de metal.
A diferencia de los antecedentes, como el grafeno, otro material 2-D, este nuevo material tiene una banda prohibida ampliamente sintonizable que lo convierte en un mejor candidato para su uso en dispositivos electrónicos.
Udo Schwingenschlögl, profesor de física aplicada en KAUST, y Minglei Sun, un postdoctorado, realizó una búsqueda detallada de la estructura cristalina 2-D más estable de compuestos binarios que comprenden átomos de boro y fósforo hasta que llegaron a B 2 PAG 6 .
"Utilizamos una búsqueda evolutiva de última generación y cálculos de primeros principios para predecir esta estructura, "dice Sun.
Basado en la evolución biológica, La búsqueda evolutiva es un método computacional mediante el cual los científicos pueden buscar una estructura cristalina entre miles de candidatos. Usando esta estructura como entrada en los cálculos de primeros principios, luego pueden determinar las propiedades físicas de acuerdo con los principios de la teoría cuántica.
"Las extraordinarias características dotadas por la anisotropía y la geometría de Janus nos inspiraron a buscar un material 2-D que combine estos méritos, "explica Sun. Esta combinación permite nuevas propiedades, y a la vez, aplicaciones más amplias.
En investigación preliminar, B 2 PAG 6 mostró una excelente promesa en el campo de la electrónica y para su aplicación en conversión y almacenamiento de energía.
El nuevo material demuestra una fuerte absorción de luz, haciéndolo potencialmente útil en la producción de combustible limpio a partir de la división fotocatalítica del agua, un proceso que utiliza luz natural o artificial para producir hidrógeno a partir del agua. Es más eficiente que los fotocatalizadores tradicionales, principalmente debido a la baja tasa de recombinación de los portadores fotogenerados.
"Para B 2 PAG 6 , la recombinación de portadores fotogenerados se suprime significativamente por el campo eléctrico intrínseco inducido por su estructura de Janus, "explica Sun". Eso significa que más portadores fotogenerados participarán en las reacciones redox para la división del agua. La eficiencia de la utilización del transportista llega al 45,1 por ciento ".
Próximo, los investigadores planean "predecir más materiales Janus 2-D anisotrópicos con propiedades extraordinarias y proporcionar pautas experimentales para los colegas, ", Dice Schwingenschlögl.
