Las heteroestructuras de Van der Waals son conjuntos de materiales cristalinos bidimensionales (2-D) atómicamente delgados que muestran atractivas propiedades de conducción para su uso en dispositivos electrónicos avanzados.

Un semiconductor 2-D representativo es el grafeno, que consiste en una red en forma de panal de átomos de carbono que tiene solo un átomo de espesor. El desarrollo de heteroestructuras de van der Waals se ha visto restringido por las complicadas y laboriosas operaciones manuales necesarias para producirlas. Es decir, los cristales 2-D que se obtienen típicamente por exfoliación de un material a granel deben identificarse manualmente, recogido, y luego apilados por un investigador para formar una heteroestructura de van der Waals. Este proceso manual es claramente inadecuado para la producción industrial de dispositivos electrónicos que contienen heteroestructuras de van der Waals.

Ahora, un equipo de investigación japonés dirigido por el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio ha resuelto este problema desarrollando un robot automatizado que acelera enormemente la recolección de cristales 2-D y su ensamblaje para formar heteroestructuras de van der Waals. El robot consta de un microscopio óptico automatizado de alta velocidad que detecta cristales, cuyas posiciones y parámetros se registran luego en una base de datos informática. Se utiliza software personalizado para diseñar heteroestructuras utilizando la información de la base de datos. Luego, la heteroestructura se ensambla capa por capa mediante un equipo robótico dirigido por el algoritmo informático diseñado. Los hallazgos se informaron en Comunicaciones de la naturaleza .

"El robot puede encontrar, recoger, y ensamblar cristales 2-D en una guantera, ", dice el primer autor del estudio, Satoru Masubuchi." Puede detectar 400 escamas de grafeno por hora, que es mucho más rápido que la velocidad alcanzada por las operaciones manuales ".

Cuando el robot se utilizó para ensamblar escamas de grafeno en heteroestructuras de van der Waals, podría apilar hasta cuatro capas por hora con solo unos minutos de participación humana necesarios para cada capa. El robot se utilizó para producir una heteroestructura de van der Waals que consta de 29 capas alternas de grafeno y nitruro de boro hexagonal (otro semiconductor común 2-D). El número de capa de registro de una heteroestructura de van der Waals producida por operaciones manuales es 13, por lo que el robot ha aumentado considerablemente nuestra capacidad para acceder a heteroestructuras complejas de van der Waals.

"Se puede recolectar y ensamblar una amplia gama de materiales con nuestro robot, "El coautor Tomoki Machida explica." Este sistema proporciona el potencial para explorar completamente las heteroestructuras de van der Waals ".

El desarrollo de este robot facilitará enormemente la producción de heteroestructuras de van der Waals y su uso en dispositivos electrónicos, acercándonos un paso más a la realización de dispositivos que contienen materiales de diseño de nivel atómico.