Un cristal que se comporta electrónicamente como un material bidimensional

ReS2 2

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next, donde se publicó originalmente como Este nuevo material puede revolucionar la industria, y no es el grafeno

Se llama disulfuro de renio y su descubrimiento como el primer semiconductor que tiene las mismas propiedades electrónicas tanto en monocapa como en multicapa no sólo abre la puerta a las aplicaciones electrónicas hasta ahora reservadas a los materiales de dos dimensiones a uno de tres dimensiones, también facilita el estudio de la física bidimensional usando cristales tridimensionales fáciles de obtener.

En octubre de este año se cumplirán diez desde que Andre Geim y Konstantin Novoselov subiesen al repositotio arXiv un artículo que les valdría el premio Nobel en 2010. Se trataba de la primera vez que se obtenía un material de dos dimensiones (2D) con unas propiedades electrónicas muy particulares, el grafeno. Desde entonces se ha convertido en el material de moda del que se esperan múltiples aplicaciones futuras.

Esta moda de los materiales 2D ha provocado que se estudien todo tipo de compuestos a la espera de que alguno dé la sorpresa y tenga alguna peculiaridad en su comportamiento que, entre otras cosas, tenga la capacidad de hacer millonario a su descubridor. Así, por ejemplo, a principios de este año se presentaba en sociedad el borofeno. La revista de ingeniería Spectrumcalculaba en junio de 2013 que habría del orden de 100 compuestos con verdaderas posibilidades de conseguirse en 2D.

Y ahí estriba precisamente el problema de los materiales 2D, que son 2D, es decir, que obtenerlos es complejo y manejarlos puede serlo aún más. Lo ideal sería entonces tener un material 3D que se comporte como uno 2D evitando de esta manera estas costosas complicaciones. Y esto es precisamente lo que ha obtenido por primera vez un equipo de investigadores encabezado por Sefaattin Tongay, de la Universidad de California en Berkeley y la Academia China de Ciencias, un material 3D con las propiedades de un material 2D llamado disulfuro de renio (ReS2). Han publicado sus resultados en Nature Communications.

ReS2

El ReS2 pertenece a una clase de materiales llamados dicalcogenuros de metales de transición (DMT). Con este nombre se agrupan compuestos de fórmula MX2, en los que M es un metal de transición y X un elemento del grupo 16 de la tabla periódica, es decir, oxígeno, azufre, selenio o teluro. Una de las características mas interesantes de los DMT-2D es que tienen bandas prohibidas directas, lo que les permite absorber y emitir luz eficientemente y les hace cantidatos muy prometedores para ser parte de la próxima generación de materiales usados en optoelectrónica y en células fotovoltaicas.

Sin embargo, estas propiedades tan atractivas de los DMT sólo aparecen en el caso de que estén en forma de monocapa; cuando están en 3D se produce un acoplamiento entre las capas que hace que la banda prohibida sea indirecta, lo que reduce drásticamente sus propiedades ópticas y electrónicas.

Las aplicaciones de un nuevo material 3D que se comporta como una monocapa de 2D es muy probable que comiencen a crecer tan rápidamente como los materiales 2D lo han hecho en la última década. Será muy interesante ver el impacto que tendrá en el futuro de los materiales 2D, incluido el grafeno.

Referencia:

Tongay S., Sahin H., Ko C., Luce A., Fan W., Liu K., Zhou J., Huang Y.S., Ho C.H. & Yan J. & (2014). Monolayer behaviour in bulk ReS2 due to electronic and vibrational decoupling, Nature Communications, 5 DOI:

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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