Primeras nanocintas de fosforeno prometen revolucionar la electrónica

Primeras nanocintas de fosforeno prometen revolucionar la electrónica

    Cintas diminutas y flexibles de fósforo cristalino han sido fabricadas por primera vez en el mundo, y podrían revolucionar la e

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Cintas diminutas y flexibles de fósforo cristalino han sido fabricadas por primera vez en el mundo, y podrían revolucionar la electrónica y la tecnología de baterías de carga rápida.

Desde el aislamiento del fosforeno bidimensional, que es el equivalente de fósforo del grafeno, en 2014, más de 100 estudios teóricos han pronosticado que podrían surgir nuevas y emocionantes propiedades al producir finas ‘cintas’ de este material. Estas propiedades podrían ser extremadamente valiosas para una variedad de industrias.

En un estudio publicado en Nature, investigadores de UCL (University College London), la Universidad de Bristol, Virginia Commonwealth y University y École Polytechnique Fédérale de Lausanne, describen cómo formaron cantidades de cintas de alta calidad de fosforeno a partir de cristales de fósforo negro e iones de litio.

“Es la primera vez que se fabrican nanocintas de fosforeno individuales. Se han predicho propiedades emocionantes y las aplicaciones donde las nanocintas de fosforeno podrían desempeñar un papel transformador son de gran alcance”, dijo en un comunicado el autor del estudio, Chris Howard (UCL Physics & Astronomy).

Las cintas se forman con una altura típica de una capa atómica, anchos de 4 a 50 nanómetros y tienen una longitud de hasta 75 micrómetros. Esta relación de aspecto es comparable a la de los cables que abarcan las dos torres del puente Golden Gate.

“Al utilizar métodos avanzados de obtención de imágenes, hemos caracterizado las cintas con gran detalle, ya que son extremadamente planas, cristalinas e inusualmente flexibles. La mayoría son solo de una capa de átomos de espesor, pero donde la cinta está formada por más de una capa de fosforeno hemos encontrado pasos entre 1-2-3-4 capas donde se divide la cinta. Esto no se ha visto antes y cada capa debe tener propiedades electrónicas distintas”, explicó el primer autor, Mitch Watts (UCL Physics & Astronomy).

Si bien las nanocintas se han fabricado a partir de varios materiales, como el grafeno, las nanocintas de fósforo producidas aquí tienen un mayor rango de anchos, alturas, longitudes y relaciones de aspecto. Además, pueden producirse a escala en un líquido que luego podría utilizarse para aplicarlos en volumen a bajo costo para las aplicaciones.

El equipo dice que las áreas de aplicación previstas incluyen baterías, células solares, dispositivos termoeléctricos para convertir el calor residual en electricidad, fotocatálisis, nanoelectrónica y en computación cuántica. Además, también se ha previsto la aparición de efectos exóticos, como el magnetismo novedoso, las ondas de densidad de espín y los estados topológicos.

Los nanocintas se forman mezclando fósforo negro con iones de litio disueltos en amoníaco líquido a -50 grados C. Después de veinticuatro horas, el amoníaco se elimina y se reemplaza con un disolvente orgánico que produce una solución de nanocintas de tamaños mixtos.

“Estábamos tratando de hacer láminas de fosforeno, así que nos sorprendió mucho descubrir que habíamos hecho cintas. Para que las nanocintas tengan propiedades bien definidas, sus anchos deben ser uniformes en toda su longitud, y descubrimos que este era exactamente el caso de nuestras cintas”, dijo Howard.

“Al mismo tiempo que descubrimos las cintas, nuestras propias herramientas para caracterizar sus morfologías estaban evolucionando rápidamente. El microscopio de fuerza atómica de alta velocidad que construimos en la Universidad de Bristol tiene las capacidades únicas de mapear las características a nanoescala de las cintas sobre su longitudes macroscópicas”, explicó el coautor Loren Picco (VCU Physics).

“También podríamos evaluar el rango de longitudes, anchuras y grosores producidos con gran detalle al obtener imágenes de cientos de cintas en grandes áreas”.

Mientras continúa estudiando las propiedades fundamentales de los nanocintas, el equipo también tiene la intención de explorar su uso en el almacenamiento de energía, el transporte electrónico y los dispositivos termoeléctricos a través de nuevas colaboraciones globales y al trabajar con equipos de expertos a través de la UCL.

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