Menos de un nanómetro de grosor, más fuerte y versátil que el acero

09.04.2021 - Estados Unidos

Los científicos crean nanoplanchas estables con átomos de boro e hidrógeno con posibles aplicaciones en nanoelectrónica y tecnología de la información cuántica.

¿Qué es más fino que lo fino? Una de las respuestas son los materiales bidimensionales: materiales exóticos de la ciencia con longitud y anchura pero con sólo uno o dos átomos de grosor. Ofrecen la posibilidad de aumentar el rendimiento de los dispositivos electrónicos, las células solares, las baterías y los equipos médicos sin precedentes.

En colaboración con la Universidad de Northwestern y la Universidad de Florida, científicos del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) informan en la revista Science de un avance en un material 2D llamado borofano, una lámina de boro e hidrógeno de apenas dos átomos de grosor.

Nanoplacas de boruro de hidrógeno: Un material prometedor para el portador de hidrógeno

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"Hemos abordado un reto importante al determinar las estructuras atómicas a partir de imágenes de microscopía de barrido en túnel y de la modelización computacional a escala atómica con la ayuda de la visión por ordenador", afirma Maria Chan, nanocientífica del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne.

Uno de los avances más emocionantes en la ciencia de los materiales en las últimas décadas ha sido una lámina 2D de carbono (grafeno), que tiene un átomo de grosor y es 200 veces más fuerte que el acero. Un material igualmente prometedor y más novedoso es una lámina de boro de un átomo de grosor, llamada borofeno - con una "e". Un equipo multiinstitucional, que incluye investigadores del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne (una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE), sintetizó por primera vez el borofeno en 2015.

Mientras que el grafeno es simplemente una capa atómica de las muchas capas del grafito, el borofeno no tiene una estructura madre equivalente y es muy difícil de preparar. Además, la rápida reacción del borofeno con el aire hace que sea muy inestable y cambie de forma con facilidad.

"El borofeno por sí mismo presenta todo tipo de problemas", explica Mark Hersam, profesor de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad Northwestern. "Pero cuando mezclamos borofeno con hidrógeno, el producto se vuelve de repente mucho más estable y atractivo para su uso en los florecientes campos de la nanoelectrónica y la tecnología de la información cuántica".

El equipo de investigación cultivó borofeno en un sustrato de plata y luego lo expuso al hidrógeno para formar el borofano. A continuación, desentrañaron la compleja estructura del borofano combinando un microscopio de barrido en túnel con un algoritmo basado en la visión por ordenador que compara las simulaciones teóricas de las estructuras con las mediciones experimentales. La visión por ordenador es una rama de la inteligencia artificial que entrena a los ordenadores de alto rendimiento para interpretar y comprender el mundo visual.

Aunque el material de borofano sólo tiene dos átomos de grosor, su estructura es bastante compleja debido a las múltiples disposiciones posibles de los átomos de boro e hidrógeno. "Hemos abordado un reto importante al determinar las estructuras atómicas a partir de imágenes de microscopía de barrido en túnel y el modelado computacional a escala atómica con la ayuda de la visión por ordenador", afirma Maria Chan, nanocientífica del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne. Dado el éxito en el desentrañamiento de esta compleja estructura, la técnica analítica automatizada del equipo debería ser aplicable en la identificación de otras nanoestructuras complejas en el futuro.

"Lo que resulta realmente alentador de nuestros resultados es que hemos descubierto que una nanohoja de borofano sobre un sustrato de plata es bastante estable, a diferencia del borofeno", dijo Pierre Darancet, nanocientífico del Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne. "Esto significa que debería integrarse fácilmente con otros materiales en la construcción de nuevos dispositivos para la optoelectrónica, dispositivos que combinan la luz con la electrónica". Estos dispositivos que controlan y emiten luz podrían incorporarse a las telecomunicaciones, los equipos médicos y otros.

"Estos hallazgos son un paso importante para hacer realidad el increíble potencial del borofano como material bidimensional para la nanoelectrónica", dijo Chan.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.