¿Capas de disulfuro de molibdeno de un átomo de espesor, un compuesto que se encuentra naturalmente en las rocas, demostrar ser mejor que el grafeno para aplicaciones electrónicas? Hay muchas señales que podrían ser así. Pero los físicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han demostrado que la naturaleza de los fenómenos que ocurren en materiales estratificados todavía no se comprende bien y requiere más investigación.

El grafeno ya ha sido aclamado como el futuro de la electrónica. Construido con anillos de carbono de seis átomos dispuestos en una estructura en forma de panal, forma láminas extremadamente resistentes de solo un átomo de espesor. Sin embargo, conocemos otros materiales que tienen un aspecto similar, estructura en capas. En tono rimbombante, Algunos, como el disulfuro de molibdeno, tienen propiedades tan intrigantes como las del grafeno.

Investigadores de la Universidad de Varsovia, La Facultad de Física (FUW) ha demostrado que los fenómenos que ocurren en la red cristalina de las láminas de disulfuro de molibdeno son de una naturaleza ligeramente diferente de lo que se pensaba anteriormente. Un informe que describe el descubrimiento, logrado en colaboración con el Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses en Grenoble, ha sido publicado recientemente en Letras de física aplicada .

"No será posible construir sistemas electrónicos complejos que consistan en láminas atómicas individuales hasta que tengamos una comprensión suficientemente buena de la física involucrada en los fenómenos que ocurren dentro de la red cristalina de esos materiales. Nuestra investigación muestra, sin embargo, que la investigación aún tiene un largo camino por recorrer en este campo ", dice el profesor Adam Babiński de la Facultad de Física de la Universidad de Washington.

El método más simple para crear grafeno se llama exfoliación:primero se pega un trozo de cinta adhesiva a un trozo de grafito, luego se despegó. Entre las partículas que quedan pegadas a la cinta, se pueden encontrar capas microscópicas de grafeno. Esto se debe a que el grafito consta de muchas hojas de grafeno adyacentes entre sí. Los átomos de carbono dentro de cada capa están fuertemente unidos entre sí (por enlaces covalentes, al que el grafeno debe su legendaria resistencia), pero las capas individuales se mantienen unidas por enlaces significativamente más débiles (enlaces de van de Walls). La cinta adhesiva común es lo suficientemente fuerte como para romper este último y arrancar las hojas de grafeno individuales del cristal de grafito.

Hace unos años se notó que así como el grafeno se puede obtener del grafito, De manera similar, se pueden obtener láminas de un solo átomo de espesor a partir de muchos otros cristales. Esto se ha hecho con éxito, por ejemplo, con calcogenuros de metales de transición (sulfuros, seleniuros, y telururos). Capas de disulfuro de molibdeno (MoS2), en particular, han demostrado ser un material muy interesante. Este compuesto existe en la naturaleza como molibdenita, un material cristalino que se encuentra en rocas de todo el mundo, tomando frecuentemente la forma característica de placas hexagonales de color plateado. Durante años, la molibdenita se ha utilizado en la fabricación de lubricantes y aleaciones metálicas. Como en el caso del grafito, las propiedades de las láminas de un solo átomo de MoS2 pasaron desapercibidas durante mucho tiempo.

Desde el punto de vista de las aplicaciones en electrónica, Las láminas de disulfuro de molibdeno exhiben una ventaja significativa sobre el grafeno:tienen una brecha de energía, un rango de energía dentro del cual no pueden existir estados de electrones. Aplicando campo eléctrico, el material se puede cambiar entre un estado que conduce la electricidad y otro que se comporta como un aislante. Según cálculos actuales, un transistor de bisulfuro de molibdeno apagado consumiría incluso varios cientos de miles de veces menos energía que un transistor de silicio. Grafeno por otra parte, no tiene brecha de energía y los transistores hechos de grafeno no se pueden apagar por completo.

Se puede obtener información valiosa sobre la estructura de un cristal y los fenómenos que ocurren dentro de él analizando cómo se dispersa la luz dentro del material. Los fotones de una energía determinada suelen ser absorbidos por los átomos y moléculas del material, luego reemitido con la misma energía. En el espectro de la luz dispersa se puede ver un pico distintivo, correspondiente a esa energía. Resulta, sin embargo, que uno de muchos millones de fotones puede usar parte de su energía de otra manera, por ejemplo, para alterar la vibración o la circulación de una molécula. La situación inversa también ocurre a veces:un fotón puede quitar algo de la energía de una molécula, y así su propia energía aumenta ligeramente. En esta situación, conocido como dispersión Raman, se observan dos picos más pequeños a cada lado del pico principal.

Los científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Washington analizaron los espectros Raman de disulfuro de molibdeno realizando mediciones microscópicas de baja temperatura. La mayor sensibilidad del equipo y los métodos de análisis detallados permitieron al equipo proponer un modelo más preciso de los fenómenos que ocurren en la red cristalina de bisulfuro de molibdeno.

"En el caso de materiales monocapa, la forma de las líneas Raman se ha explicado previamente en términos de fenómenos que involucran ciertas vibraciones características de la red cristalina. Hemos demostrado para las láminas de disulfuro de molibdeno que los efectos atribuidos a esas vibraciones deben en realidad, al menos en parte, debido a otras vibraciones de la red que no se han tenido en cuenta anteriormente ", explica Katarzyna Gołasa, estudiante de doctorado en la Facultad de Física de la UW.

La presencia del nuevo tipo de vibración en materiales de una sola hoja tiene un impacto en cómo se comportan los electrones. Como consecuencia, estos materiales deben tener propiedades electrónicas algo diferentes a las anticipadas anteriormente.

"El grafeno fue el primero. Sus características únicas han provocado una considerable, interés cada vez mayor entre los científicos y también de la industria. Sin embargo, no debemos olvidarnos de otros materiales monocapa. Si los estudiamos bien, pueden resultar mejores que el grafeno para muchas aplicaciones ", Dice el profesor Babiński.

La física y la astronomía aparecieron por primera vez en la Universidad de Varsovia en 1816, dependiente de la entonces Facultad de Filosofía. En 1825 se estableció el Observatorio Astronómico. En la actualidad, los Institutos de la Facultad de Física incluyen Física Experimental, Física teórica, Geofísica, Departamento de Métodos Matemáticos y Observatorio Astronómico. La investigación cubre casi todas las áreas de la física moderna, en escalas desde lo cuántico hasta lo cosmológico. El personal docente e investigador de la Facultad incluye aprox. 200 profesores universitarios, de los cuales cerca de 80 son empleados con el título de profesor. La Facultad de Física, Universidad de Varsovia, es atendido por ca. 1000 estudiantes y más de 140 estudiantes de doctorado.