Un nuevo material plano de un átomo de espesor que podría eclipsar al maravilloso material grafeno y avanzar en la tecnología digital ha sido descubierto por un físico de la Universidad de Kentucky que trabaja en colaboración con científicos de Daimler en Alemania y el Instituto de Estructura Electrónica y Láser (IESL). en Grecia.

Reportado en Revisión física B, el nuevo material está hecho de silicona, boro y nitrógeno:todo ligero, elementos económicos y abundantes en la tierra, y es extremadamente estable, una propiedad de la que carecen muchas otras alternativas de grafeno.

"Usamos simulaciones para ver si los enlaces se romperían o desintegrarían, no sucedió, "Dijo Madhu Menon, físico en el Centro de Ciencias Computacionales del Reino Unido. "Calentamos el material hasta 1, 000 grados Celsius y todavía no se rompió ".

Utilizando cálculos teóricos de última generación, Menon y sus colaboradores Ernst Richter de Daimler y ex asociado de investigación postdoctoral del Departamento de Física y Astronomía del Reino Unido, y Antonis Andriotis de IESL, han demostrado que al combinar los tres elementos, es posible obtener un átomo de espesor, Material verdaderamente 2D con propiedades que se pueden ajustar para adaptarse a varias aplicaciones más allá de lo que es posible con el grafeno.

Si bien el grafeno se promociona como el material más fuerte del mundo con muchas propiedades únicas, tiene una desventaja:no es un semiconductor y, por lo tanto, decepciona a la industria de la tecnología digital. La búsqueda posterior de nuevos materiales semiconductores 2D llevó a los investigadores a una nueva clase de materiales de tres capas llamados dicalcogenuros de metales de transición (TMDC). Los TMDC son en su mayoría semiconductores y se pueden convertir en procesadores digitales con mayor eficiencia que cualquier cosa posible con silicio. Sin embargo, estos son mucho más voluminosos que el grafeno y están hechos de materiales que no son necesariamente abundantes en la tierra y económicos.

Buscando una mejor opción que sea ligera, tierra abundante, económico y un semiconductor, el equipo dirigido por Menon estudió diferentes combinaciones de elementos de la primera y segunda fila de la tabla periódica.

Aunque hay muchas formas de combinar silicio, boro y nitrógeno para formar estructuras planas, sólo una disposición específica de estos elementos dio como resultado una estructura estable. Los átomos de la nueva estructura están dispuestos en un patrón hexagonal como en el grafeno, Pero ahí es donde termina la similitud.

Los tres elementos que forman el nuevo material tienen todos tamaños diferentes; los enlaces que conectan los átomos también son diferentes. Como resultado, los lados de los hexágonos formados por estos átomos son desiguales, a diferencia del grafeno. El nuevo material es metálico, pero se puede convertir en semiconductores fácilmente uniendo otros elementos encima de los átomos de silicio.

La presencia de silicio también ofrece la emocionante posibilidad de una integración perfecta con la tecnología actual basada en silicio, permitir que la industria se aleje lentamente del silicio en lugar de eliminarlo por completo, de repente.

"Sabemos que la tecnología basada en silicio está llegando a su límite porque estamos juntando cada vez más componentes y haciendo que los procesadores electrónicos sean cada vez más compactos, "Dijo Menon." Pero sabemos que esto no puede continuar indefinidamente; necesitamos materiales más inteligentes ".

Es más, además de crear una banda prohibida electrónica, La unión de otros elementos también se puede utilizar para cambiar selectivamente los valores de la banda prohibida, una ventaja clave sobre el grafeno para la conversión de energía solar y aplicaciones electrónicas.

Se han propuesto otros materiales similares al grafeno, pero carecen de las fortalezas del material descubierto por Menon y su equipo. Silicene, por ejemplo, no tiene una superficie plana y eventualmente forma una superficie 3D. Otros materiales son muy inestables, algunos solo por unas pocas horas como máximo.

La mayor parte de los cálculos teóricos necesarios se realizaron en las computadoras del Centro de Ciencias Computacionales del Reino Unido con los colaboradores Richter y Andriotis accediendo directamente a ellos a través de redes rápidas. Ahora, el equipo está trabajando en estrecha colaboración con un equipo dirigido por Mahendra Sunkara del Centro Conn para la Investigación de Energías Renovables de la Universidad de Louisville para crear el material en el laboratorio. El equipo del Conn Center ha tenido una estrecha colaboración con Menon en una serie de nuevos sistemas de materiales en los que pudieron probar su teoría con experimentos para varios materiales solares nuevos.

"Estamos muy ansiosos por que esto se haga en el laboratorio, "Dijo Menon." La prueba definitiva de cualquier teoría es la verificación experimental, ¡así que cuanto antes mejor! "

Algunas de las propiedades, como la capacidad de formar varios tipos de nanotubos, se discuten en el documento, pero Menon espera que surjan más con más estudios.

"Este descubrimiento abre un nuevo capítulo en la ciencia de los materiales al ofrecer nuevas oportunidades para que los investigadores exploren la flexibilidad funcional y nuevas propiedades para nuevas aplicaciones, ", dijo." Podemos esperar algunas sorpresas ".