Los investigadores de la Universidad de Pensilvania se encuentran ahora entre los primeros en producir una Capa de tres átomos de espesor de un material bidimensional único llamado ditelurida de tungsteno. Sus hallazgos han sido publicados en Materiales 2-D .

A diferencia de otros materiales bidimensionales, Los científicos creen que la ditelurida de tungsteno tiene los llamados estados electrónicos topológicos. Esto significa que puede tener muchas propiedades diferentes, no solo una.

Cuando uno piensa en materiales bidimensionales, el grafeno es probablemente el primero que me viene a la mente.

El apretado La lámina de carbono atómicamente delgada producida por primera vez en 2004 ha inspirado innumerables vías de investigación que podrían revolucionar todo, desde la tecnología hasta el agua potable.

Una de las propiedades más importantes del grafeno es que es lo que se llama semiconductor de banda prohibida cero, ya que puede comportarse como un metal y un semiconductor.

Pero hay muchas otras propiedades que pueden tener los materiales bidimensionales. Algunos pueden aislar otros pueden emitir luz y otros pueden ser espintrónicos, lo que significa que tienen propiedades magnéticas.

"El grafeno es solo grafeno, "dijo A.T. Charlie Johnson, profesor de física en la Facultad de Artes y Ciencias de Penn. "Simplemente hace lo que hace el grafeno. Si desea tener sistemas funcionales basados ​​en materiales 2-D, entonces desea materiales 2-D que tengan todas las diferentes propiedades físicas que conocemos ".

La capacidad de los materiales 2-D para tener estados electrónicos topológicos es un fenómeno en el que fue pionero Charles Kane, el Profesor Distinguido de Física Christopher H. Browne en Penn.

En esta nueva investigación, Johnson, el profesor de física James Kikkawa y los estudiantes graduados Carl Naylor y William Parkin pudieron producir y medir las propiedades de una sola capa de ditelurida de tungsteno.

"Debido a que la ditelurida de tungsteno tiene tres átomos de espesor, los átomos se pueden organizar de diferentes maneras, Johnson dijo. Estos tres átomos pueden adoptar configuraciones ligeramente diferentes entre sí. Se predice que una configuración proporcionará estas propiedades topológicas ".

Marija Drndi ?, el profesor de física Fay R. y Eugene L. Langberg; Andrew Rappe, el profesor Blanchard de Química y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y Robert Carpick, el profesor John Henry Towne y presidente del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada, también contribuyó a la investigación.

"Es un producto de Penn, Johnson dijo. Estamos colaborando con muchos otros miembros de la facultad que investigan el material a su manera, y lo reunimos todo para publicar un documento. Todo el mundo viene a dar el paseo ".

Los investigadores pudieron cultivar este material mediante un proceso llamado deposición química de vapor. Usando un horno de tubo caliente, calentaron un chip que contenía tungsteno a la temperatura adecuada y luego introdujeron un vapor que contenía telurio.

"Gracias a la buena suerte y al encontrar exactamente las condiciones adecuadas, estos elementos reaccionarán químicamente y se combinarán para formar una monocapa, o regiones de tres átomos de espesor de este material, "Dijo Johnson.

Aunque este material se degrada extremadamente rápido en el aire, Naylor, el primer autor del artículo, descubrió formas de proteger el material para que pudiera ser estudiado antes de que fuera destruido.

Una cosa que encontraron los investigadores es que el material crece en pequeños cristalitos rectangulares, en lugar de los triángulos en los que crecen otros materiales.

"Esto refleja la simetría rectangular en el material, Johnson dijo. "Tienen una estructura diferente, por lo que tienden a crecer en diferentes formas".

Aunque la investigación aún se encuentra en sus etapas iniciales y los investigadores aún no han podido producir una película continua, esperan realizar experimentos para demostrar que tiene las propiedades electrónicas topológicas que se predicen.

Una propiedad de estos sistemas topológicos es que cualquier corriente que viaje a través del material solo sería transportada por los bordes, y ninguna corriente viajaría a través del centro del material. Si los investigadores pudieran producir materiales de una sola capa de espesor con esta propiedad, es posible que puedan enrutar una señal eléctrica para que se dispare en diferentes ubicaciones.

La capacidad de este material para tener múltiples propiedades también podría tener implicaciones en la computación cuántica, que aprovecha el poder de los átomos y los fenómenos subatómicos para realizar cálculos significativamente más rápido que las computadoras actuales. Estos materiales 2-D podrían permitir una forma intrínsecamente tolerante a errores de computación cuántica llamada computación cuántica protegida topológicamente. que requiere materiales tanto semiconductores como superconductores.

"Con estos materiales 2-D, desea realizar tantas propiedades físicas como sea posible, "Johnson dijo." Los estados electrónicos topológicos son interesantes y son nuevos, por lo que mucha gente ha estado tratando de realizarlos en un material 2-D. Creamos el material donde se prevé que ocurran, así que en ese sentido nos hemos movido hacia este gran objetivo en el campo ".