Investigadores de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA) han producido con detalle sin precedentes mapas experimentales tridimensionales de los átomos en un material llamado 2-D.

Se trata de material que no es realmente bidimensional pero es casi plano porque está dispuesto en capas extremadamente delgadas, no más de unos pocos átomos de espesor.

Aunque las tecnologías basadas en materiales 2-D aún no se han utilizado ampliamente en aplicaciones comerciales, los materiales han sido objeto de un considerable interés de investigación. En el futuro, podrían ser la base de semiconductores en componentes electrónicos cada vez más pequeños, componentes de computadoras cuánticas, baterías más eficientes o filtros capaces de extraer agua dulce del agua salada.

La promesa de los materiales 2-D proviene de ciertas propiedades que difieren de cómo se comportan los mismos elementos o compuestos cuando aparecen en grandes cantidades. Esas características únicas están influenciadas por los efectos cuánticos, fenómenos que ocurren a escalas extremadamente pequeñas que son fundamentalmente diferentes de la física clásica vista a escalas más grandes.

Por ejemplo, cuando el carbono está dispuesto en una capa atómicamente delgada para formar grafeno en 2-D, es más fuerte que el acero, conduce el calor mejor que cualquier otro material conocido y tiene una resistencia eléctrica casi nula.

Pero el uso de materiales 2-D en aplicaciones del mundo real requeriría una mayor comprensión de sus propiedades y la capacidad de controlar esas propiedades. El nuevo estudio, que se publicó en Nature Materials, podría ser un paso adelante en ese esfuerzo.

Precisión a la escala del picometro

Los investigadores mostraron que sus mapas tridimensionales de la estructura atómica del material son precisos a la escala del picómetro, medidos en una billonésima parte de un metro. Utilizaron sus mediciones para cuantificar defectos en el material 2-D, que pueden afectar sus propiedades electrónicas, así como para evaluar con precisión esas propiedades electrónicas.

«Lo único de esta investigación es que determinamos las coordenadas de átomos individuales en tres dimensiones sin utilizar ningún modelo preexistente», dijo el autor correspondiente Jianwei Miao, profesor de física y astronomía de la UCLA, en un comunicado. «Y nuestro método puede usarse para todo tipo de materiales bidimensionales».

Los investigadores examinaron una sola capa de disulfuro de molibdeno, un material 2D frecuentemente estudiado. A granel, este compuesto se usa como lubricante. Como material bidimensional, tiene propiedades electrónicas que sugieren que podría emplearse en la electrónica de semiconductores de próxima generación. Las muestras en estudio fueron «dopadas» con trazas de renio, un metal que agrega electrones de repuesto al reemplazar el molibdeno. Ese tipo de dopaje se usa a menudo para producir componentes para computadoras y dispositivos electrónicos porque ayuda a facilitar el flujo de electrones en dispositivos semiconductores.

Para analizar el material 2-D, los investigadores utilizaron una nueva tecnología que desarrollaron basada en la microscopía electrónica de transmisión de barrido, que produce imágenes midiendo electrones dispersos emitidos a través de muestras delgadas. El equipo de Miao ideó una técnica llamada tomografía electrónica de barrido atómica, que produce imágenes en 3-D al capturar una muestra en múltiples ángulos a medida que gira.

Fuente: EP