Diminuto, individual, Los investigadores de UCL han fabricado cintas flexibles de fósforo cristalino por primera vez en el mundo, y podrían revolucionar la electrónica y la tecnología de baterías de carga rápida.

Desde el aislamiento de fosforeno bidimensional, que es el fósforo equivalente al grafeno, en 2014, más de 100 estudios teóricos han predicho que podrían surgir propiedades nuevas y emocionantes al producir "cintas" estrechas de este material. Estas propiedades podrían ser extremadamente valiosas para una variedad de industrias.

En un estudio publicado hoy en Naturaleza , investigadores de la UCL, la Universidad de Bristol, Virginia Commonwealth and University y École Polytechnique Fédérale de Lausanne, describen cómo formaron cantidades de cintas de fosforeno de alta calidad a partir de cristales de iones de litio y fósforo negro.

"Es la primera vez que se fabrican nanocintas de fosforeno individuales. Se han predicho propiedades emocionantes y las aplicaciones en las que las nanocintas de fosforeno podrían desempeñar un papel transformador son de gran alcance". "dijo el autor del estudio, Dr. Chris Howard (UCL Física y Astronomía).

Las cintas se forman con una altura típica de una capa atómica, anchos de 4-50 nm y hasta 75 μm de largo. Esta relación de aspecto es comparable a la de los cables que atraviesan las dos torres del puente Golden Gate.

"Mediante el uso de métodos de imagen avanzados, hemos caracterizado las cintas con gran detalle descubriendo que son extremadamente planas, cristalino e inusualmente flexible. La mayoría tiene solo una capa de átomos de espesor, pero donde la cinta está formada por más de una capa de fosforeno, Hemos encontrado pasos continuos entre 1-2-3-4 capas donde la cinta se divide. Esto no se ha visto antes y cada capa debe tener propiedades electrónicas distintas, "explicó el primer autor, Mitch Watts (UCL Física y Astronomía).

Si bien las nanocintas se han fabricado a partir de varios materiales como el grafeno, las nanocintas de fosforeno producidas aquí tienen un rango mayor de anchos, alturas longitudes y relaciones de aspecto. Es más, se pueden producir a escala en un líquido que luego se podría usar para aplicarlos en volumen a bajo costo para aplicaciones.

El equipo dice que las áreas de aplicación previstas incluyen baterías, células solares, dispositivos termoeléctricos para convertir el calor residual en electricidad, fotocatálisis, nanoelectrónica y computación cuántica. Y lo que es más, la aparición de efectos exóticos, incluido el magnetismo novedoso, También se han predicho ondas de densidad de espín y estados topológicos.

Las nanocintas se forman mezclando fósforo negro con iones de litio disueltos en amoníaco líquido a -50 grados C.Después de veinticuatro horas, el amoníaco se elimina y se reemplaza con un solvente orgánico que produce una solución de nanocintas de tamaños mixtos.

"Estábamos tratando de hacer láminas de fosforeno, así que nos sorprendió mucho descubrir que habíamos hecho cintas. Para que las nanocintas tengan propiedades bien definidas, sus anchos deben ser uniformes en toda su longitud, y descubrimos que este era exactamente el caso de nuestras cintas, "dijo el Dr. Howard.

"Al mismo tiempo que descubre las cintas, nuestras propias herramientas para caracterizar sus morfologías estaban evolucionando rápidamente. El microscopio de fuerza atómica de alta velocidad que construimos en la Universidad de Bristol tiene la capacidad única de mapear las características a nanoescala de las cintas sobre sus longitudes macroscópicas, ", explicó el coautor, el Dr. Loren Picco (VCU Physics).

"También podríamos evaluar el rango de longitudes, anchos y espesores producidos con gran detalle mediante la obtención de imágenes de muchos cientos de cintas en áreas extensas ".

Mientras continúa estudiando las propiedades fundamentales de las nanocintas, el equipo también tiene la intención de explorar su uso en el almacenamiento de energía, transporte electrónico y dispositivos termoeléctricos a través de nuevas colaboraciones globales y trabajando con equipos de expertos en UCL.