Actualizado 11/05/2021 10:21 CET

La física del mundo plano abre nuevos paisajes de energía modificada

Las láminas 2D se cruzan y se retuercen unas sobre otras, modificando el panorama energético de los materiales.
Las láminas 2D se cruzan y se retuercen unas sobre otras, modificando el panorama energético de los materiales. - VENTSISLAV VALEV

   MADRID, 11 May. (EUROPA PRESS) -

   Un grupo de físicos ha logrado observar paisajes de energía modificada en la intersección de materiales 2D ensamblados en configuraciones 3D.

   En 1884, Edwin Abbott escribió la novela 'Flatland: A Romance in Many Dimensions' como sátira de la jerarquía victoriana. Imaginó un mundo en dos dimensiones, donde los seres son figuras geométricas.

   La física de un mundo así es algo similar a la de los materiales 2D modernos, como el grafeno y los dicalcogenuros de metales de transición, que incluyen disulfuro de tungsteno (WS2), diselenuro de tungsteno (WSe2), disulfuro de molibdeno (MoS2) y diselenuro de molibdeno (MoSe2).

   Los materiales 2D modernos consisten en capas de un solo átomo, donde los electrones pueden moverse en dos dimensiones pero su movimiento en la tercera dimensión está restringido. Debido a esta 'compresión', los materiales 2D tienen propiedades ópticas y electrónicas mejoradas que son muy prometedoras como dispositivos ultradelgados de próxima generación en los campos de energía, comunicaciones, imágenes y computación cuántica, entre otros.

   Por lo general, para todas estas aplicaciones, los materiales 2D se conciben en disposiciones planas. Desafortunadamente, sin embargo, la resistencia de estos materiales es también su mayor debilidad: son extremadamente delgados. Esto significa que cuando están iluminados, la luz puede interactuar con ellos solo en un espesor mínimo, lo que limita su utilidad. Para superar esta deficiencia, los investigadores están comenzando a buscar nuevas formas de doblar los materiales 2D en formas 3D complejas.

   En nuestro universo 3D, los materiales 2D se pueden colocar uno encima del otro. Para extender la metáfora de Flatland, tal disposición representaría literalmente mundos paralelos habitados por personas que están destinadas a no conocerse nunca.

   Ahora, los científicos del Departamento de Física de la Universidad de Bath en el Reino Unido han encontrado una manera de organizar hojas 2D de WS2 (creadas previamente en su laboratorio) en una configuración 3D, lo que da como resultado un panorama energético que se modifica fuertemente en comparación con el de las láminas WS2 de colocación plana.

   Esta disposición en 3D en particular se conoce como 'nanomesh': una red entrelazada de pilas densamente empaquetadas y distribuidas al azar, que contienen láminas WS2 retorcidas y/o fusionadas.

   Las modificaciones de este tipo en Flatland permitirían a las personas entrar en los mundos de los demás. "No nos propusimos angustiar a los habitantes de Flatland", dijo el profesor Ventsislav Valev, quien dirigió la investigación, "pero debido a los muchos defectos que diseñamos con nanoingeniería en los materiales 2D, estos habitantes hipotéticos encontrarían su mundo bastante extraño.

   "Primero, nuestras láminas de WS2 tienen dimensiones finitas con bordes irregulares, por lo que su mundo tendría un extremo de forma extraña. Además, algunos de los átomos de azufre han sido reemplazados por oxígeno, lo que se sentiría mal para cualquier habitante. Lo más importante, nuestras láminas se cruzan y fusionan, e incluso se tuercen uno encima del otro, lo que modifica el paisaje energético de los materiales. Para los habitantes de Flatland, tal efecto parecería que las leyes del universo hubieran cambiado repentinamente en todo su paisaje ".

   La doctora Adelina Ilie, quien desarrolló el nuevo material junto con su ex alumno el doctor Zichen Liu, dijo en un comunicado: "El panorama de energía modificada es un punto clave para nuestro estudio. Es una prueba de que el ensamblaje de materiales 2D en una disposición 3D no solo da como resultado materiales 2D 'más gruesos', sino que produce materiales completamente nuevos. Nuestra 'nanomesh' es tecnológicamente simple de producir y ofrece propiedades de material sintonizables para satisfacer las demandas de futuras aplicaciones".

   El profesor Valev agregó: "La 'nanomesh' tiene propiedades ópticas no lineales muy fuertes: convierte de manera eficiente un color láser en otro en una amplia paleta de colores. Nuestro próximo objetivo es usarlo en guías de ondas de Si para desarrollar comunicaciones ópticas cuánticas".