El diseño de materiales electrónicos de nueva generación supone un gran reto ya que, cada vez más se disminuye el tamaño de los dispositivos y eso añade nuevas complicaciones. En función del grosor de las capas con las que se elaboran estos dispositivos, el comportamiento de los electrones que se mueven dentro de ellos varía. Por eso, además de crear materiales de tamaño cada vez más reducido, la comunidad científica busca que sean más estables y reproducibles a gran escala.
Hasta la fecha, el procedimiento para fabricar estos materiales era totalmente artesanal y tiene varios problemas como controlar que las capas apiladas estén perfectamente alineadas (hasta el último átomo) y evitar que residuos atmosféricos puedan quedar atrapados durante el proceso de apilamiento, empeorando así su funcionamiento y dificultando su reproducibilidad.
Ahora científicos del IMDEA Nanociencia, la Universidad Autónoma de Madrid, el Sincrotrón ALBA y la Universidad Tecnológica de Delft han descubierto en la franckeita (Pb5Sn3Sb2S14), un mineral clásico de la familia de las sulfosales, la posibilidad de generar estos materiales de forma natural.
Los resultados, publicados recientemente en Nature Communications, evidencian además algunas ventajas de este mineral respecto a la fabricación en el laboratorio: el alineamiento es prácticamente perfecto y no hay residuos atrapados entre las capas.
Su potencial aplicación recae en la fabricación de fotodetectores y celdas solares capaces de operar en el infrarrojo. Estos dispositivos son muy interesantes para aplicaciones como cámaras de visión nocturna o sensores para las telecomunicaciones.
Vida más allá del grafeno
En 2004 André Geim y Konstantin Novoselov demostraron que era posible separar capas de grafeno de espesor de un solo átomo con la única ayuda de cinta adhesiva. Desde entonces, la comunidad científica ha dedicado grandes esfuerzos en probar el grafeno como semiconductor o bien en desarrollar nuevos materiales ultradelgados o bidimensionales, que comparten algunas de sus propiedades pero además son semiconductores.
Empleando procedimientos similares a los utilizados con el grafeno, los investigadores han podido aislar y exfoliar láminas ultradelgadas de apenas pocos átomos de espesor a partir de un cristal natural de franckeita. Además ha sido posible exfoliar químicamente este mineral, obteniendo suspensiones del mismo en disolvente, lo que permitiría su fabricación a gran escala.
Usando el microscopio electrónico de fotoemisión de la línea de luz CIRCE, en el Sincrotrón ALBA, han analizado la composición química de las distintas capas y han comprobado que son muy homogéneas, hecho que les confiere una gran calidad.
A) Muestra de franckeita. Izquierda: mineral en volumen; centro: material en polvo; derecha: suspensión de franckeita en un disolvente. B) espectros de fotoemisión de las distintas especies químicas en muestras micrométricas de franckeita. C) imagen de microscopía de fuerzas atómicas del dispositivo utilizado. D) características corriente-voltaje de un dispositivo con franckeita.
El Sincrotrón ALBA
ALBA es una instalación científico-técnica singular nacional con alcance internacional, sea en sus usuarios académicos e industriales, sea en su plantilla. Se trata de un complejo de aceleradores de electrones cuyo objetivo es producir luz de sincrotrón, que permite visualizar y analizar la materia y sus propiedades a nivel atómico y molecular.
Esta infraestructura científica singular, en funcionamiento desde mayo de 2012, genera unas 6.000 horas de luz de sincrotrón al año y está a disposición de la comunidad científica y del tejido empresarial, con capacidad de dar servicio a más de 1.300 investigadores al año, en diferentes ámbitos científicos: física, química, ciencias de la vida, ciencia de materiales, patrimonio cultural, biología, nanotecnología,....
