Crédito:TU Delft / Giordano Mattoni
Los investigadores de TU Delft han descubierto un método para estirar y comprimir materiales cuánticos utilizando gas hidrógeno. Demostraron este efecto usando una pequeña cuerda de un material llamado trióxido de tungsteno, que actúa como una esponja para el hidrógeno. La investigación es un nuevo paso prometedor en el desarrollo de resonadores micromecánicos, que tienen una amplia gama de posibles aplicaciones. Se pueden utilizar en impresoras de inyección de tinta, como sensores para las condiciones ambientales, y como componentes activos en la nanoelectrónica del futuro.
Los materiales cuánticos se encuentran entre los componentes básicos más prometedores para los dispositivos inteligentes del futuro. Lo que hace que estos materiales sean especiales es que se pueden controlar bajo demanda mediante varios parámetros externos, por ejemplo, calentando o enfriando, mediante el uso de una corriente eléctrica, o aplicando presión mecánica. Las propiedades magnéticas y electrónicas de estos materiales a menudo se pueden controlar de forma dinámica, conduciendo al desarrollo de componentes cruciales como memorias y dispositivos de recolección de energía.
Una nueva herramienta de control
Una limitación de los materiales cuánticos es que, por lo general, sus propiedades mecánicas solo pueden controlarse mediante métodos estáticos. Esto significa que una vez que el dispositivo está diseñado y producido, sus características mecánicas no se pueden cambiar. Los investigadores Nicola Manca y Giordano Mattoni superaron este problema utilizando una nueva herramienta:el gas hidrógeno.
Los investigadores utilizaron trióxido de tungsteno, un material cristalino que puede albergar fácilmente hidrógeno en su red cristalina. "El trióxido de tungsteno absorbe rápidamente el gas hidrógeno, "dice el experto en materiales Giordano Mattoni." Esto produce una gran expansión de la estructura cristalina, similar a lo que sucede cuando pones una esponja seca en agua. "El proceso es completamente reversible y, otra vez como una esponja, el material expulsa hidrógeno cuando se expone al aire puro. Esto permite controlar sus propiedades mecánicas.
La microestructura WO3, inicialmente fuera de foco debido a la flexión causada por el hidrógeno, y luego estirándose debido a la liberación de hidrógeno Crédito:TU Delft / Giordano Mattoni
Resonador micromecánico
Utilizando síntesis de materiales de alta calidad y las avanzadas instalaciones de nanofabricación en TU Delft, los investigadores fabricaron una delgada estructura suspendida de trióxido de tungsteno:un llamado resonador micromecánico. La estructura mostró grandes cambios mecánicos después de la absorción de gas hidrógeno. "Se sintió como si estuviéramos afinando una cuerda de guitarra, "dice Nicola Manca, experto en resonadores micromecánicos. "El gas hidrógeno fue capaz de modular la frecuencia de resonancia del material en más del 500 por ciento". La modulación de la deformación fue tan grande que los cambios inducidos pudieron observarse con un microscopio común. Cuanto más hidrógeno entraba en el material, cuanto más se expandía y se doblaba.
Temperatura ambiente
Una de las principales ventajas de esta técnica es que se puede utilizar a temperatura ambiente, en un ambiente controlado. También es completamente reversible. Como una referencia, obtener una modulación de deformación similar con métodos y materiales convencionales, como la expansión térmica en silicio, requeriría un aumento de temperatura de más de 1500 grados.
TU Delft tiene una solicitud de patente pendiente sobre la interacción de H 2 con WO 3 y está planificando nuevas investigaciones en esta prometedora dirección.
