Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

En las minas pueden existir materiales que competirán con el grafeno

El disulfuro de molibdeno se encuentra naturalmente en ciertas rocas, en el mineral molibdenita. ¿Serán capaces las capas monoatómicas de disulfuro de molibdeno de igualar o superar al grafeno en aplicaciones electrónicas? Muchos indicios señalan que éste podría ser el caso. En todo caso los físicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han demostrado que todavía es poco entendida la naturaleza de los fenómenos que ocurren en materiales estratificados. por lo que se requiere más investigación.

En las minas pueden existir materiales que competirán con el grafeno
Cristales de color plata de molidebnita incrustados en rocas (Foto Univ. Varsovia)
La noticia la proporciona el servicio de prensa de la Universidad de Varsovia (Facultad de Física)
 
http://www.fuw.edu.pl/press-release/news2623.HTML
 
La traducción aproximada podría ser ésta:
 
El disulfuro de molibdeno se encuentra naturalmente en ciertas rocas, en el mineral molibdenita. ¿Serán capaces las capas monoatómicas de disulfuro de molibdeno de igualar o superar al grafeno en aplicaciones electrónicas? Muchos indicios señalan que éste podría ser el caso. En todo caso  los físicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han demostrado que todavía es poco entendida la naturaleza de los fenómenos que ocurren en materiales estratificados. por lo que se requiere más investigación.
 
El grafeno  es aclamado como el futuro de la electrónica. Construido de anillos de carbono de seis átomos, dispuestos en una estructura en forma de panal, forma hojas extremadamente resistentes de apenas un solo átomo de espesor. Sin embargo, ahora sabemos de otros materiales tienen una estructura similar, en capas. Es importante destacar que algunos de ellos, tal como el disulfuro de molibdeno, presentan propiedades tan intrigantes como los de grafeno.
 
Un grupo de investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, Facultad de Física (FUW), con otros colaboradores, han demostrado que los fenómenos que ocurren en la red cristalina de las hojas de disulfuro de molibdeno tienen características muy interesantes y su descubrimiento, logrado en colaboración con Laboratoire National des Campos Magnéticos Intenses en Grenoble, ha sido recientemente publicado en la revista Applied Physics Letters.
 
“No va a ser posible construir sistemas electrónicos complejos constituidos por láminas atómicas individuales hasta que tengamos una suficiente buena comprensión de la física implicada en los fenómenos que ocurren dentro de la red cristalina de los materiales. Nuestro trabajo muestra que la investigación aún tiene un largo camino por recorrer en este campo “, ha dicho  el Prof. Adam Babiński de la Facultad de Física de la Universidad de Washington.
 
El método más simple de crear grafeno se llama exfoliación: un pedazo de cinta adhesiva lugar se puede pegar a un pedazo de grafito, y a continuación se separa. Entre las partículas que permanecen pegados a la cinta, se pueden encontrar capas microscópicas de grafeno. Esto es porque el grafito se compone de muchas láminas adyacentes. Los átomos de carbono dentro de cada capa están muy fuertemente ligados entre sí (mediante enlaces covalentes, a lo que el grafeno debe su legendaria capacidad de resistencia), pero las capas individuales se mantienen unidas entre sí por enlaces significativamente más débiles (van de Walls). Una cinta adhesiva ordinaria (un trocito de “cello” adhesivo) es lo suficientemente fuerte como para arrancar la capa de grafeno adherida y separarla del resto de las capas.
 
Hace algunos años se descubrió que, así como el grafeno puede obtenerse a partir de grafito, de manera similar pueden obtenerse hojas de un solo átomo de espesor a partir de otros muchos otros cristales. Esto se ha hecho con éxito, por ejemplo, con metales de transición calcogenuros (sulfuros, seleniuros, y telururos). En particular, las capas de disulfuro de molibdeno (MoS2) han demostrado ser un material muy interesante. Este compuesto existe en la naturaleza como molibdenita, un material cristalino que se encuentra en rocas en todo el mundo, mostrando frecuentemente la forma característica de placas hexagonales de color de plata. Durantes años la molibdenita se ha utilizado en la fabricación de lubricantes y aleaciones de metales. Al igual que había sucedido en el caso del grafito, las propiedades de las hojas monoatómicas de MoS2 habían pasado desapercibidas.
 
Desde el punto de vista de las aplicaciones de la electrónica, las hojas de disulfuro de molibdeno presentan una ventaja significativa sobre el grafeno: tienen una brecha de energía, una gama de energía dentro de la cual no pueden existir estados electrónicos. Mediante la aplicación de un campo eléctrico, el material se puede cambiar entre un estado que conduce la electricidad u otro que se comporta como un aislante. Según los cálculos hechos, un transistor de disulfuro de molibdeno desconectado consumiría cientos de miles de veces menos energía que un transistor de silicio.El grafeno, por otra parte, no tiene ninguna brecha de energía y los transistores hechos de grafeno no pueden ser  desconectados completamente.
 
Mediante el análisis de cómo la luz se dispersa en el material se puede obtener información valiosa sobre la estructura de un cristal y los fenómenos que ocurren dentro del mismo. Los fotones de una energía dada son por lo general absorbidos por los átomos y moléculas del material, y a continuación, reemitidos en la misma energía. En el espectro obtenido de de la luz dispersada se puede observar un pico distintivo, correspondiente a esa energía. Resulta, sin embargo, que uno de cada muchos millones de fotones es capaz de utilizar parte de su energía de otra manera, por ejemplo, alterando la vibración o la circulación de una molécula. La situación inversa también ocurre a veces: un fotón puede quitar algo de la energía de una molécula, y por lo tanto su propia energía aumenta ligeramente. En esta situación, conocida como dispersión Raman, se observan dos picos más pequeños a cada lado del pico principal.
 
Los científicos analizaron los espectros Raman del disulfuro de molibdeno en  mediciones microscópicas de baja temperatura. La gran sensibilidad de los equipos y los métodos de análisis detallados les han permitido proponer un modelo muy preciso de los fenómenos que ocurren en la red cristalina del disulfuro de molibdeno.
 
“En el caso de materiales de una sola capa, la forma de las líneas Raman ha sido previamente explicada en términos de fenómenos que implican ciertas vibraciones características de la red cristalina. Nosotros hemos demostrado con las hojas de disulfuro de molibdeno que los efectos atribuidos a esas vibraciones se deben en realidad, al menos en parte, a otras vibraciones de la red no tomados en cuenta previamente “, explica Katarzyna Golasa, un estudiante de doctorado en la Facultad de Física de la Universidad de Washington. La presencia de este nuevo tipo de vibración en los materiales de una sola hoja tiene un impacto en la explicación de cómo se comportan los electrones. Como consecuencia de ello, estos materiales exhiben propiedades electrónicas algo diferentes de lo previsto.
 
“El grafeno fue el primero conocido. Sus características únicas han provocado un considerable interés creciente entre los científicos y también en la industria. Sin embargo, no hay que olvidarse de otros materiales de una sola capa. Si los estudiamos bien, pueden llegar a ser mejor que el grafeno para muchas aplicaciones “, dice el profesor Babiński.