Físicos de la Universidad de Sheffield han descubierto que cuando dos materiales similares al grafeno atómicamente delgados se colocan uno encima del otro, sus propiedades cambian, y surge un material con nuevas propiedades híbridas, allanando el camino para el diseño de nuevos materiales y nano-dispositivos.

Esto sucede sin mezclar físicamente las dos capas atómicas, ni por una reacción química, pero uniendo las capas entre sí a través de una débil interacción de van der Waals, similar a cómo se adhiere una cinta adhesiva a una superficie plana.

En el estudio pionero publicado en Naturaleza , Los científicos también han descubierto que las propiedades del nuevo material híbrido se pueden controlar con precisión girando las dos capas atómicas apiladas, abriendo el camino para el uso de este grado único de libertad para el control a nanoescala de materiales compuestos y nanodispositivos en tecnologías futuras.

La idea de apilar capas de diferentes materiales para hacer las llamadas heteroestructuras se remonta a la década de 1960, cuando se investigó el arseniuro de galio semiconductor para fabricar láseres en miniatura, que ahora se utilizan ampliamente.

Hoy dia, Las heteroestructuras son comunes y se utilizan de manera muy amplia en la industria de los semiconductores como herramienta para diseñar y controlar las propiedades electrónicas y ópticas de los dispositivos.

Más recientemente, en la era de los cristales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados, como el grafeno, han surgido nuevos tipos de heteroestructuras, donde capas atómicamente delgadas se mantienen juntas por fuerzas de van der Waals relativamente débiles.

Las nuevas estructuras apodadas 'heteroestructuras de van der Waals' abren un enorme potencial para crear numerosos 'metamateriales' y dispositivos novedosos al apilar cualquier cantidad de capas atómicamente delgadas. Cientos de combinaciones se vuelven posibles de otra manera inaccesibles en materiales tridimensionales tradicionales, potencialmente dando acceso a nuevas funciones de dispositivos optoelectrónicos inexplorados o propiedades de materiales inusuales.

En el estudio, los investigadores utilizaron heteroestructuras de van der Waals hechas de los llamados dicalcogenuros de metales de transición (TMD), una amplia familia de materiales estratificados. En su forma masiva tridimensional, son algo similares al grafito, el material utilizado en las minas de los lápices, de donde se extraía el grafeno como una única capa atómica bidimensional de carbono.

Los investigadores encontraron que cuando dos TMD semiconductores atómicamente delgados se combinan en una sola estructura, sus propiedades se hibridan.

Profesor Alexander Tartakovskii, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Sheffield, dijo:"Los materiales se influyen entre sí y cambian las propiedades de los demás, y tiene que ser considerado como un 'meta'-material completamente nuevo con propiedades únicas, por lo que uno más uno no hace dos.

"También encontramos que el grado de tal hibridación depende en gran medida de la torsión entre las redes atómicas individuales de cada capa.

"Encontramos que al torcer las capas, la nueva periodicidad supraatómica surge en la heteroestructura, denominada superrejilla muaré.

"La superrejilla de muaré, con el período dependiente del ángulo de torsión gobierna cómo se hibridan las propiedades de los dos semiconductores ".

En otros estudios, Se han descubierto y estudiado efectos similares principalmente en grafeno, el miembro "fundador" de la familia de materiales 2-D. El último estudio muestra que otros materiales, en particular semiconductores como TMD, muestran una fuerte hibridación, que además se puede controlar mediante el ángulo de giro.

Los científicos creen que el estudio muestra un enorme potencial para la creación de nuevos tipos de materiales y dispositivos.

El profesor Tartakovskii agregó:"Surge la imagen más compleja de la interacción entre materiales atómicamente delgados dentro de las heteroestructuras de van der Waals. Esto es emocionante, ya que brinda la oportunidad de acceder a una gama aún más amplia de propiedades del material, como conductividad eléctrica y respuesta óptica inusuales y ajustables por torsión, magnetismo, etc. Esto podría y será empleado como nuevos grados de libertad al diseñar nuevos dispositivos basados ​​en 2-D ".

A los investigadores les gustaría realizar más estudios para explorar más combinaciones de materiales para ver cuáles son las capacidades del nuevo método.