Investigadores del Instituto de Ciencia de Tokio han realizado un avance significativo en el ámbito de los materiales cuánticos al sintetizar un nuevo óxido de van der Waals denominado 2H-NbO₂. Este material, que combina propiedades de electrones correlacionados con la flexibilidad de los materiales bidimensionales (2D), se ha transformado de un óxido tridimensional a uno bidimensional a través de un proceso innovador de extracción química de iones de litio.

La síntesis de 2H-NbO₂ se logra mediante la eliminación selectiva de iones de litio del LiNbO₂, un óxido con estructura en capas. Este método, que implica una reacción de oxidación a alta temperatura, da lugar a una estructura con un patrón hexagonal similar al de otros materiales 2D, pero con electrones fuertemente correlacionados. Este tipo de material podría ser clave para el desarrollo de dispositivos electrónicos de próxima generación.

Propiedades únicas y aplicaciones potenciales

Los materiales bidimensionales han cobrado protagonismo en la investigación electrónica moderna debido a sus propiedades cuánticas únicas y potenciales aplicaciones tecnológicas. Sin embargo, los óxidos de metales de transición (TMO), conocidos por sus propiedades electrónicas complejas como la superconductividad y el magnetismo, han permanecido mayormente inexplorados en aplicaciones 2D debido a sus fuertes enlaces iónicos que impiden la formación de estructuras de van der Waals.

El equipo de investigación, liderado por el profesor asistente Takuto Soma y acompañado por otros expertos del Instituto de Ciencia de Tokio y la Universidad de Tohoku, ha logrado cerrar esta brecha al demostrar que 2H-NbO₂ exhibe un comportamiento aislante correlacionado, caracterizado por bandas de electrones de medio llenado que provocan una fuerte repulsión entre electrones. Este fenómeno es fundamental en la física moderna, ya que está relacionado con transiciones metal-aislante y superconductividad no convencional, ambos de gran interés por sus aplicaciones tecnológicas y su complejidad física subyacente.

Entre los hallazgos más destacados, se observó que el 2H-NbO₂ presenta una transición metal-aislante y superconductividad en condiciones de desintercalación parcial de litio, comportamientos que son característicos de sistemas fuertemente correlacionados, similares a los superconductores de óxido de cobre de alta temperatura y a los superredes Moiré de materiales 2D.

Los investigadores subrayan que esta investigación permite un acercamiento entre dos dominios de estudio que, hasta ahora, habían evolucionado por separado: los óxidos correlacionados y los materiales 2D. Este trabajo abre la puerta a una nueva clase de materiales cuánticos que combinan fuertes correlaciones electrónicas con la flexibilidad estructural de los compuestos de van der Waals, lo que podría tener amplias aplicaciones en el desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados y en la ciencia de materiales sostenibles.

Fuente: larepublica.es