Solo agrega azufre.

Los ingenieros de Nebraska, Peter y Eli Sutter, han demostrado que el condimento elemental puede condimentar un sándwich de nanomateriales al darle un giro literal al clásico de varias capas.

Ese giro una rotación de 30 grados de cada capa atómicamente delgada en relación con la que está debajo, podría ayudar a animar los menús tecnológicos en los laboratorios de cinco estrellas en todo el mundo:propiedades electrónicas u ópticas emergentes, mayor velocidad, más funcionalidad en menos espacio.

Después de todo, eres mi van der Waals

Durante la mayor parte de una década, Los ingenieros han estado elaborando y probando recetas para las llamadas heteroestructuras de van der Waals:pilas de capas de cristal atómicamente delgadas que se pueden secuenciar exactamente. En comparación con una homoestructura, el equivalente nanoscópico de una losa de jamón, una heteroestructura puede presentar rodajas de pastrami, pepperoni y pepper jack, todos unidos por las débiles fuerzas de van der Waals entre las capas atómicas vecinas.

"Esta acumulación abre muchas posibilidades, porque nos permite mezclar y combinar una amplia biblioteca de materiales disponibles, "dijo Peter, profesor de ingeniería eléctrica e informática.

Los ingenieros pronto descubrieron que la diversidad podía cultivar propiedades tecnológicamente interesantes, a menudo en las regiones donde se encuentran dos materiales diferentes, que de otro modo serían difíciles o imposibles de recrear. Luego, Hace unos pocos años, Los investigadores comenzaron a explorar los efectos de rotar las capas dentro de las pilas de van der Waals. Esa desalineación de capas, ellos encontraron, también podría producir resultados interesantes:convertir un material en un superconductor, por ejemplo, o cambiar la forma en que un semiconductor emite luz.

Sin embargo, el logro se produjo frente a un desafío considerable:a pesar de la debilidad de las fuerzas de van der Waals, las capas adyacentes prefieren firmemente permanecer alineadas. Apilar manualmente las capas una a una puede solucionar el problema, pero exige una precisión extrema y, más importante, tiempo que los fabricantes a gran escala de tecnología a pequeña escala simplemente no tienen.

"No es escalable de ninguna manera (significativa), "dijo Eli, profesor de ingeniería mecánica y de materiales. "Si uno quiere desarrollar aplicaciones basadas en pilas retorcidas de van der Waals, Es imposible imaginar a los trabajadores de la fábrica sentados allí y arreglando estas piezas, manualmente, uno encima del otro.

"Uno tiene que apilar manualmente un pequeño copo a la vez. Para construir un dispositivo, tal vez eso pueda funcionar. Para construir 10, tal vez sea (simplemente) tedioso. Pero más que eso definitivamente está fuera de alcance ".

Entonces los Sutter, junto a colegas de la Universidad Aalto y la Universidad de Wyoming, decidió probar una táctica diferente:sintetizar directamente pilas retorcidas. Gestionando eso, aunque, significó superar un principio fundamental del crecimiento de película delgada:la tendencia de cada capa agregada a heredar su orientación del cristal subyacente.

"Pensamos que si primero podíamos cultivar algún otro cristal que luego se transformaría en el deseado, entonces tal vez este cristal intermedio, en lugar del sustrato subyacente, podría dictar la orientación del producto final, "Dijo Peter.

Comenzaron con un soporte de disulfuro de estaño, un compuesto que presenta dos átomos de azufre por cada átomo de estaño y es útil como semiconductor en capas. Después de hacer crecer una capa atómicamente delgada de monosulfuro de estaño, un átomo de azufre, una lata, sobre la base de disulfuro de estaño, el equipo saturó ese monosulfuro de estaño con vapor de azufre.

Como se esperaba, el monosulfuro de estaño se transformó espontáneamente en disulfuro de estaño. Pero debido a que los cristales de monosulfuro de estaño crecen en una red rectangular, a diferencia de la configuración hexagonal del disulfuro de estaño, la red de la segunda capa recién transformada adoptó una torsión de 30 grados con respecto al cristal de soporte. Y cuando los investigadores repitieron el proceso, la tercera capa se inspiró en la segunda, girando 30 grados con respecto a él y 60 grados con respecto al primero.

Para demostrar la generalización del enfoque, el equipo logró la misma hazaña después de reemplazar el sustrato de disulfuro de estaño con otros dos semiconductores de van der Waals, disulfuro de molibdeno y disulfuro de tungsteno.

Brecha de próxima generación

Las heteroestructuras retorcidas se muestran particularmente prometedoras para modificar un aspecto esencial de los semiconductores atómicamente delgados:sus bandgaps. Cada uno de los electrones de los semiconductores posee una cierta cantidad de energía, dentro de un rango de valores de energía distintos llamados banda de valencia, cuando no se los perturba. Cuando está excitado por el calor o la luz, esos electrones saltan a un rango de valores de energía más altos, la banda de conducción, que les permite fluir como electricidad. La brecha entre esas dos bandas, o bandgap, Ayuda a determinar cómo los materiales semiconductores conducen la corriente eléctrica y absorben o emiten luz.

"Así que pueden surgir algunas propiedades muy interesantes si juegas a este juego retorcido, "Dijo Peter.

La misma torsión que podría influir en la microelectrónica y la optoelectrónica de próxima generación también evoca los mosaicos de la antigua Roma y el Islam. él dijo, creando un patrón de mosaico cuasi-cristalino que llena el espacio no repitiendo periódicamente la misma unidad básica, como hacen los cristales ordinarios, pero produciendo múltiples formas complementarias.

Aunque esa torsión representa una victoria sobre la tendencia de van der Waals hacia la alineación, Peter dijo, dominar heteroestructuras retorcidas todavía presenta desafíos formidables.

"Es un comienzo, ", dijo sobre el progreso del equipo." Aún no es del todo satisfactorio, porque no podemos, por ejemplo, (elegir) el ángulo de giro que queremos.

"Pero al menos ya no es de cero grados".