Todo lo que existe en el mundo digital:fotos, tweets, cursos online, este artículo — se almacena como 1 y 0. A nivel de software, esta información está escrita como código de computadora. A nivel de hardware, ese código cobra vida gracias a miles de millones de transistores que se encienden (1) y se apagan (0).

Los transistores se encuentran en todo, desde computadoras y teléfonos inteligentes hasta reproductores de MP3 y cámaras digitales. Pero el poder y la eficiencia de los transistores están limitados por los materiales disponibles para construirlos.

Ahora, investigadores de la Northeastern University han hecho un descubrimiento que abre un campo completamente nuevo en la exploración de materiales para transistores, fotodetectores, electrónica flexible, y otras aplicaciones.

El trabajo, publicado recientemente en la revista Avances de la ciencia —Involucra cristales 2-D, que son materiales superdelgados de solo unos pocos átomos de altura. La combinación de dos cristales 2-D forma una heteroestructura. Hasta ahora, Los físicos pensaban que los cristales 2-D tenían que ser muy similares, con todos los átomos para alinearse perfectamente, para formar una nueva heteroestructura.

"Pero la naturaleza siempre te lanza una bola curva, "dice Arun Bansil, Catedrático Distinguido de Física de la Universidad y uno de los autores del artículo.

El profesor asociado Swastik Kar fue coautor del artículo con Bansil y otros colegas de Northeastern. Observaron por primera vez que dos cristales 2-D completamente diferentes se pueden colocar uno encima del otro, átomo por átomo, de tal manera que encajan casi a la perfección y producen propiedades completamente nuevas.

"Sería como hacer un sándwich club, "Dijo Kar." Puedes comer algo que sepa a pan y algo que sepa a carne ".

Pero la clave Bansil explica, No se trata solo de armar un bocadillo donde poder degustar cada capa por separado. "Quieres cocinar un poco para poder obtener nuevos sabores".

En el mundo de la física de la materia condensada, descubrir que dos cristales 2-D muy diferentes pueden formar una heteroestructura es como combinar agua y harina por primera vez y crear una masa. Da paso a posibilidades prácticamente ilimitadas para nuevos materiales 2-D.

Cuando la naturaleza se autocorrige, 'descubrimiento sucede

El descubrimiento se produjo durante un experimento en el que se sintetizaron dos cristales bidimensionales diferentes para apilarse uno encima del otro. En lugar de estar sentado ahí incapaces de interactuar por lo poco que tienen en común, los cristales hicieron algo inesperado.

"Simplemente rotaron entre sí, "Dijo Bansil. Lo demostró colocando una mano encima de la otra y girando en direcciones opuestas.

Los investigadores encontraron que en lugar de crecer al azar, estos cristales giran para formar configuraciones estables y alineadas, permitiendo que se formen nuevos cristales.

Este descubrimiento es un ejemplo de la capacidad de la naturaleza para "autocorregir, "observado aquí a nanoescala. Esa realineación automática permitió que los dos materiales vibraran:sus electrones comenzaron a hablar entre sí y a mostrar nuevos comportamientos.

Los investigadores experimentaron cambiando aún más la alineación de las dos capas. Descubrieron que con cada modificación, la heteroestructura produjo nuevas propiedades.

"Imagínese si tuviera pastel, y luego lo giraste y se convirtió en una galleta, y lo vuelves a girar y se convierte en otra cosa, ", Dijo Kar." Desde un punto de vista material, así de emocionante es esto ".

El laboratorio de Kar es responsable de la síntesis y caracterización de estos materiales. El grupo de Bansil se centra en la teoría cuántica computacional. La investigación en el campo de los materiales se considera sólida cuando la teoría y el experimento van de la mano, uno reforzando al otro y viceversa. Y eso es exactamente lo que les sucedió a Kar y Bansil en este caso.

"Lo que encontramos es que muchos comportamientos nuevos en nuestro sistema podrían entenderse muy claramente cuando miramos la teoría que surge de los cálculos de la mecánica cuántica, "Dijo Kar.

Esta investigación podría conducir a nuevos materiales que cambien la forma en que las computadoras almacenan los 1 y 0 del mundo digital. Dado que la heteroestructura que Kar y sus colegas crearon se puede modificar de muchas maneras a nivel atómico, hay un gran potencial para escribir, leyendo, borrando y manipular información de otro modo. En otras palabras, permite a los investigadores cambiar la forma en que se comportan los ingredientes una vez que el pastel ya ha sido horneado.

"Ese grado de control es muy emocionante, "Dijo Kar." Es como la Red de Alimentos dentro de los materiales 2-D ".