Los materiales ultrafinos como el grafeno prometen una revolución en la nanociencia y la tecnología. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han publicado un estudio en Comunicaciones de la naturaleza en el que presentan un método para controlar los bordes de materiales bidimensionales utilizando una sustancia química "mágica".

"Nuestro método permite controlar los bordes, átomo por átomo, de una manera fácil y escalable, utilizando solo un calentamiento suave junto con abundante, productos químicos respetuosos con el medio ambiente, como el peróxido de hidrógeno, "dice Battulga Munkhbat, investigador postdoctoral en el Departamento de Física de la Universidad Tecnológica de Chalmers, y primer autor del artículo.

Los materiales tan delgados como una sola capa atómica se conocen como bidimensionales, o 2-D, materiales. El ejemplo más conocido es el grafeno, así como disulfuro de molibdeno, su semiconductor analógico. Los desarrollos futuros dentro del campo podrían beneficiarse del estudio de una característica particular inherente a dichos materiales:sus bordes. Controlar los bordes es un problema científico desafiante, porque son muy diferentes en comparación con el cuerpo principal de un material 2-D. Por ejemplo, un tipo específico de borde que se encuentra en los dicalcogenuros de metales de transición (conocidos como TMD, como el bisulfuro de molibdeno antes mencionado), puede tener propiedades magnéticas y catalíticas.

Los materiales TMD típicos tienen bordes que pueden existir en dos variantes distintas, conocido como zigzag o sillón. Estas alternativas son tan diferentes que sus propiedades físicas y químicas no se parecen en nada. Por ejemplo, los cálculos predicen que los bordes en zigzag son metálicos y ferromagnéticos, mientras que los bordes de los sillones son semiconductores y no magnéticos. Similar a estas notables variaciones en las propiedades físicas, uno podría esperar que las propiedades químicas del zigzag y los bordes de los sillones también sean muy diferentes. Si es así, es posible que ciertos productos químicos disuelvan los bordes del sillón, dejando intactos los zigzag.

Ahora, una sustancia química tan mágica es exactamente lo que han encontrado los investigadores de Chalmers, en forma de peróxido de hidrógeno ordinario. En primer lugar, los investigadores quedaron completamente sorprendidos por los nuevos resultados.

"No era solo que un tipo de ventaja era dominante sobre los demás, pero también que los bordes resultantes eran extremadamente afilados, casi atómicamente afilados. Esto indica que la sustancia química 'mágica' opera de una manera llamada autolimitante, eliminar el material no deseado átomo por átomo, eventualmente resultando en bordes en el límite atómicamente agudo. Los patrones resultantes siguieron la orientación cristalográfica del material TMD original, produciendo hermoso, nanoestructuras hexagonales atómicamente afiladas, "dice Battulga Munkhbat.

"Un desarrollo extremadamente fascinante"

El nuevo método que incluye una combinación de métodos litográficos de arriba hacia abajo estándar con un nuevo proceso de grabado en húmedo anisotrópico, por lo tanto, permite crear bordes perfectos en materiales bidimensionales.

"Este método abre posibilidades nuevas y sin precedentes para los materiales de van der Waals (materiales en capas 2-D). Ahora podemos combinar la física del borde con la física 2-D en un solo material. Es un desarrollo extremadamente fascinante, "dice Timur Shegai, Profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers y líder del proyecto de investigación.

Estos y otros materiales relacionados a menudo atraen una atención de investigación significativa, ya que permiten avances cruciales dentro de la nanociencia y la tecnología, con aplicaciones potenciales que van desde la electrónica cuántica hasta nuevos tipos de nanodispositivos. Estas esperanzas se manifiestan en Graphene Flagship, La mayor iniciativa de investigación de Europa hasta la fecha, que está coordinado por la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Poner la nueva tecnología a disposición de los laboratorios de investigación y las empresas de alta tecnología, los investigadores han fundado una empresa de nueva creación que ofrece materiales TMD atómicamente afilados de alta calidad. Los investigadores también planean seguir desarrollando aplicaciones para estos metamateriales atómicamente nítidos.