Un nuevo material plano de un átomo de espesor que podría eclipsar el maravilloso material grafeno y la tecnología digital avanzada ha sido descubierto por un físico de la Universidad de Kentucky que trabaja en colaboración con científicos de Daimler en Alemania y el Instituto de Estructura Electrónica y Láser IESL en Grecia.
Reportado en Revisión física B, comunicación rápida , el nuevo material está compuesto de silicio, boro y nitrógeno, todos elementos ligeros, económicos y abundantes en tierra, y es extremadamente estable, una propiedad que carecen de muchas otras alternativas de grafeno.
"Utilizamos simulaciones para ver si los enlaces se romperían o desintegrarían, no sucedió", dijo Madhu Menon, físico del Centro de Ciencias Computacionales del Reino Unido. "Calentamos el material hasta 1,000 grados Celsius ytodavía no se rompió "
Utilizando cálculos teóricos de vanguardia, Menon y sus colaboradores Ernst Richter de Daimler y un ex asociado de investigación post-doctoral del Departamento de Física y Astronomía del Reino Unido, y Antonis Andriotis del IESL, han demostrado eso combinando los tres elementos, es posible obtener un material verdaderamente 2D de un átomo de espesor con propiedades que pueden ajustarse para adaptarse a diversas aplicaciones más allá de lo que es posible con el grafeno.
Si bien el grafeno se promociona como el material más fuerte del mundo con muchas propiedades únicas, tiene una desventaja: no es un semiconductor y, por lo tanto, decepciona en la industria de la tecnología digital. La búsqueda posterior de nuevos materiales semiconductores 2D llevó a los investigadores a una nueva clasede materiales de tres capas llamados dichoslcogenuros de metales de transición TMDC. Los TMDC son en su mayoría semiconductores y se pueden convertir en procesadores digitales con mayor eficiencia que cualquier cosa posible con silicio. Sin embargo, estos son mucho más voluminosos que el grafeno y están hechos de materiales que no son necesariamentetierra abundante y de bajo costo.
En busca de una mejor opción que sea ligera, abundante en tierra, económica y semiconductora, el equipo dirigido por Menon estudió diferentes combinaciones de elementos de la primera y segunda fila de la Tabla Periódica.
Aunque hay muchas formas de combinar silicio, boro y nitrógeno para formar estructuras planas, solo una disposición específica de estos elementos resultó en una estructura estable. Los átomos en la nueva estructura están dispuestos en un patrón hexagonal como en el grafeno, pero esoes donde termina la similitud.
Los tres elementos que forman el nuevo material tienen diferentes tamaños; los enlaces que conectan los átomos también son diferentes. Como resultado, los lados de los hexágonos formados por estos átomos son desiguales, a diferencia del grafeno. El nuevo material es metálico, perose puede hacer semiconductora fácilmente uniendo otros elementos en la parte superior de los átomos de silicio.
La presencia de silicio también ofrece la emocionante posibilidad de una integración perfecta con la tecnología actual basada en silicio, lo que permite a la industria alejarse lentamente del silicio en lugar de eliminarlo por completo, todo a la vez.
"Sabemos que la tecnología basada en silicio está llegando a su límite porque estamos uniendo cada vez más componentes y haciendo que los procesadores electrónicos sean cada vez más compactos", dijo Menon. "Pero sabemos que esto no puede continuar indefinidamente; necesitamos más inteligencia"materiales "
Además, además de crear una separación de banda electrónica, la fijación de otros elementos también se puede utilizar para cambiar selectivamente los valores de separación de banda, una ventaja clave sobre el grafeno para la conversión de energía solar y aplicaciones electrónicas.
Se han propuesto otros materiales similares al grafeno, pero carecen de la resistencia del material descubierto por Menon y su equipo. El siliceno, por ejemplo, no tiene una superficie plana y finalmente forma una superficie 3D. Otros materiales son altamente inestables, algunos solopor unas horas como máximo.
La mayor parte de los cálculos teóricos requeridos se realizaron en las computadoras en el Centro de Ciencias Computacionales del Reino Unido con los colaboradores Richter y Andriotis accediendo directamente a ellos a través de redes rápidas. Ahora el equipo está trabajando en estrecha colaboración con un equipo dirigido por Mahendra Sunkara delConn Center for Renewable Energy Research en la Universidad de Louisville para crear el material en el laboratorio. El equipo de Conn Center ha colaborado estrechamente con Menon en una serie de nuevos sistemas de materiales donde pudieron probar su teoría con experimentos para variosnuevos materiales solares.
"Estamos muy ansiosos de que esto se haga en el laboratorio", dijo Menon. "La prueba final de cualquier teoría es la verificación experimental, ¡así que cuanto antes, mejor!"
Algunas de las propiedades, como la capacidad de formar varios tipos de nanotubos, se discuten en el documento, pero Menon espera que surjan más con más estudios.
"Este descubrimiento abre un nuevo capítulo en la ciencia de los materiales al ofrecer nuevas oportunidades para que los investigadores exploren la flexibilidad funcional y las nuevas propiedades para nuevas aplicaciones", dijo. "Podemos esperar algunas sorpresas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kentucky . Original escrito por Whitney Harder. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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