La serendipia tiene tanto lugar en la ciencia como en el amor. Eso es lo que los físicos del noreste Swastik Kar y Srinivas Sridhar encontraron durante su proyecto de cuatro años para modificar el grafeno. una red infinitesimalmente delgada más fuerte que el acero de átomos de carbono muy compactos. Financiado principalmente por el Laboratorio de Investigación del Ejército y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, o DARPA, los investigadores fueron encargados de imbuir el material de una década de sensibilidad térmica para su uso en dispositivos de imágenes infrarrojas, como gafas de visión nocturna para el ejército.

Lo que desenterraron publicado el viernes en la revista Avances de la ciencia , era mucho más:un material completamente nuevo hecho de boro, nitrógeno, carbón, y oxígeno que muestra evidencia de magnetismo, óptico, y propiedades eléctricas, así como las codiciadas térmicas de DARPA. Sus aplicaciones potenciales abarcan toda la gama:desde arreglos de 20 megapíxeles para cámaras de teléfonos celulares hasta detectores de fotos y transistores atómicamente delgados que, cuando se multiplican por miles de millones, podrían alimentar computadoras.

"Tuvimos que empezar de cero y construir todo, "dice Kar, profesor asistente de física en la Facultad de Ciencias. "Estábamos en un viaje, creando un nuevo camino, una nueva dirección de investigación ".

La pareja estaba familiarizada con "aleaciones, "combinaciones controladas de elementos que dieron como resultado materiales con propiedades que superaron las del grafeno, por ejemplo, la adición de boro y nitrógeno al carbono del grafeno para connotar la conductividad necesaria para producir un aislante eléctrico. Pero nadie había pensado nunca en elegir oxígeno para agregar a la mezcla.

¿Qué llevó a los investigadores del noreste a hacerlo?

"Bien, no elegimos oxígeno, "dice Kar, sonriendo ampliamente. "El oxígeno nos eligió".

Oxígeno, por supuesto, Está en todas partes. En efecto, Kar y Sridhar pasaron mucho tiempo tratando de deshacerse del oxígeno que se filtraba en su preparación, preocupados de que contamine el material "puro" que estaban tratando de desarrollar.

"Ahí es donde nos sucedió el momento ¡Ajá! ", dice Kar." Nos dimos cuenta de que no podíamos ignorar el papel que juega el oxígeno en la forma en que estos elementos se mezclan ".

"Entonces, en lugar de intentar eliminar el oxígeno, pensamos:controlemos su introducción, "agrega Sridhar, el Profesor Distinguido de Física en Artes y Ciencias y director del Instituto de Investigación de Materiales Electrónicos de Northeastern.

Oxígeno, resultó, se estaba comportando en la cámara de reacción de una manera que los científicos nunca habían anticipado:estaba determinando cómo los otros elementos, el boro, carbón, y nitrógeno, combinados en un sólido, forma de cristal, al mismo tiempo que se inserta en la celosía. Las trazas de oxígeno fueron, metafóricamente, "grabar" algunos de los parches de carbono, explica Kar, dejando espacio para que el boro y el nitrógeno llenen los huecos.

"Era como si el oxígeno estuviera controlando la estructura geométrica, "dice Sridhar.

Llamaron al nuevo material, sesudamente, 2D-BNCO, que representan los cuatro elementos de la mezcla y la bidimensionalidad del material ligero superfino, y se dedicó a caracterizarlo y fabricarlo, para garantizar que fuera reproducible y escalable. Eso significó investigar la miríada de permutaciones de los cuatro ingredientes, manteniendo tres constantes mientras se varía la medida del restante, y viceversa, varias veces.

Después de cada prueba, analizaron la estructura y las propiedades funcionales del producto:eléctricas, óptico:utilizando microscopios electrónicos y herramientas espectroscópicas, y colaboró ​​con físicos computacionales, quien creó modelos de las estructuras para ver si las configuraciones serían factibles en el mundo real.

A continuación, examinarán las propiedades mecánicas del nuevo material y comenzarán a validar experimentalmente las magnéticas conferidas, asombrosamente, por la mezcla de estos cuatro elementos no magnéticos. "Empiezas a ver muy rápido lo complicado que es ese proceso, "dice Kar.

Colaboradores de todo el mundo ayudaron con esa complejidad. Además de los científicos de investigación asociados del noreste, becarios postdoctorales, y estudiantes de posgrado, los contribuyentes incluyeron investigadores en el gobierno, industria, y academia de los Estados Unidos, México, e India.

"Aún queda un largo camino por recorrer, pero hay indicios claros de que podemos ajustar las propiedades eléctricas de estos materiales, "dice Sridhar." Y si encontramos la combinación correcta, es muy probable que lleguemos a ese punto en el que alcancemos la sensibilidad térmica que inicialmente buscaba DARPA, así como muchas aplicaciones aún imprevistas ".