Los científicos han revelado recientemente, tanto teórica como experimentalmente, que los átomos de germanio pueden organizarse en una red bidimensional "bi-triangular" sobre películas delgadas de diboruro de circonio que crecen en cristales simples de germanio para formar un "material de banda plana" con una red "kagome" incrustada. El resultado proporciona apoyo experimental a una predicción teórica de bandas planas que emergen de la geometría atómica trivial e indica la posibilidad de su existencia en muchos más materiales.

La mente humana se siente atraída naturalmente por los objetos que poseen simetría; De hecho, la noción de belleza a menudo se combina con la simetría. En naturaleza, nada personifica la simetría más que los cristales. Desde su descubrimiento, Los cristales han atraído una gran atención no sólo por su atractivo estético "simétrico" único, sino también por sus propiedades únicas. Una de estas propiedades es el comportamiento de los electrones dentro de un cristal. Desde un punto de vista físico, un electrón dentro de un cristal se puede caracterizar completamente por su energía y una cantidad llamada "momento cristalino, "que se relaciona con la rapidez con la que se mueve el electrón en un cristal. La relación entre la energía y el momento cristalino de los electrones es lo que los científicos denominan" estructura de bandas, " cuales, en pocas palabras, son los niveles de energía permitidos para los electrones dentro del cristal.

Recientemente, Los científicos de materiales han centrado su atención en los llamados "materiales de banda plana", una clase de materiales que poseen una estructura de bandas en la que la energía no varía con el momento del cristal y, por lo tanto, se asemeja a una línea plana cuando se traza en función del momento del cristal. debido a su capacidad para dar lugar a estados exóticos de la materia, como el ferromagnetismo (magnetismo espontáneo similar al hierro) y la superconductividad (resistencia cero al flujo de electricidad). Generalmente, estas "bandas planas" se observan en estructuras 2-D especiales que se conocen con nombres como "celosía de tablero de ajedrez, "" celosía de dados, "" celosía de Kagome, ", etc., y se observan típicamente dentro del cristal o en la superficie de los materiales en capas. Por lo tanto, se presenta una pregunta pertinente:¿es posible incrustar tales celosías en estructuras 2-D completamente nuevas? Los esfuerzos para diseñar materiales 2-D se han centrado al responder a esta pregunta, y un hallazgo reciente sugiere que la respuesta es un "sí".

Ahora, en un estudio publicado en Revisión física B como una comunicación rápida, un equipo internacional de científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), la Universidad de Tokio, la Agencia de Energía Atómica de Japón, y el Instituto de Ciencia Molecular en Japón y la Universidad de Tamkang en Taiwán, dirigido por el Dr. Antoine Fleurence y el Prof. Yukiko Yamada-Takamura, ha informado de un posible nuevo material de banda plana obtenido a partir de átomos de germanio (Ge) que se disponen en una red bi-triangular 2-D sobre películas delgadas de diboruro de circonio cultivadas en monocristales de germanio. Si bien el equipo ya había cultivado este material en 2-D hace años, solo recientemente pudieron develar su estructura.

El año pasado, una parte del equipo publicó un artículo teórico en la misma revista subrayando las condiciones bajo las cuales una red bi-triangular bidimensional puede formar una banda plana. Descubrieron que esto está relacionado con una celosía "kagome" (que significa patrón de canasta tejida en japonés), un término originalmente acuñado por físicos japoneses en los años 50 para estudiar el magnetismo. "Me emocioné mucho cuando descubrí que la estructura electrónica del enrejado de Kagome se puede incrustar en una estructura 2-D de aspecto muy diferente, "recuerda el profesor Chi-Cheng Lee, un físico de la Universidad de Tamkang, Taiwán involucrado en el estudio, quien predijo la presencia de bandas planas en el enrejado "bitriangular".

La predicción finalmente se confirmó después de que el equipo, en su estudio actual, caracterizó el material 2-D preparado utilizando diversas técnicas, como microscopía de túnel de barrido, difracción de positrones, y emisión de fotoelectrones a nivel del núcleo y resuelta en ángulo; y respaldó los datos experimentales con cálculos teóricos para revelar la red bi-triangular subyacente.

"El resultado es realmente emocionante, ya que muestra que las bandas planas pueden surgir incluso de estructuras triviales y posiblemente se pueden realizar en muchos más materiales. Nuestro siguiente paso es ver qué sucede a baja temperatura". y cómo se relaciona con las bandas planas de la celosía bi-triangular Ge, "dice el Dr. Fleurence, quien es también el primer autor de este artículo.

En efecto, quien hubiera pensado que un típico, ¿Un semiconductor común y corriente como el germanio podría ofrecer posibilidades tan exóticas y sin precedentes? El mundo 2-D puede tener más sorpresas bajo la manga de las que imaginamos.