Científicos premiados por su investigación innovadora en materiales 2D
Un equipo de investigación de Jena recibe el "Thüringer Forschungspreis"
Por sus investigaciones sobre materiales 2D personalizados, un equipo de cuatro científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF ha sido galardonado con el "Thüringer Forschungspreis" (Premio de Investigación de Turingia). El galardón a la excelencia científica en la categoría de "Investigación Aplicada" se entregó en una ceremonia en la Universidad Técnica de Ilmenau y está dotado con 25.000 euros.
Como capas atómicas, los materiales 2D cambian drásticamente sus propiedades.
© Nicole Nerger | Universität Jena
Cien mil veces más finos que un cabello, más resistentes que el acero y eficaces mediadores entre la luz y la electricidad: los llamados materiales 2D son una clase de materiales en rápido desarrollo con propiedades únicas y un gran potencial de aplicación.
Por sus investigaciones sobre estos materiales 2D, investigadores de la Universidad de Jena y del Fraunhofer IOF han sido galardonados con el "Thüringer Forschungspreis" (Premio de Investigación de Turingia). El galardón en la categoría de "Investigación aplicada", dotado con 25.000 euros, se entregó el 18 de junio en la TU Ilmenau.
Los galardonados -Prof. Andrey Turchanin, Dr. Antony George, Dr. Christof Neumann y Dr. Falk Eilenberger (Fraunhofer IOF)- han desarrollado una serie de métodos innovadores para producir y utilizar materiales 2D a medida para aplicaciones fotónicas, electrónicas y optoelectrónicas.
Una pizca de nada
Los materiales 2D estudiados representan una nueva clase de materiales que constan de sólo una o unas pocas capas atómicas: una pizca de nada. Lo que tienen de especial: Cambian drásticamente sus propiedades en comparación con los materiales tridimensionales de partida. Un nanomaterial muy conocido es el grafeno. Es un material 2D que se aísla mediante la deposición de capas de grafito de tamaño nanométrico. En su forma atómica, es mucho más resistente y conductor que el material de partida, el grafito, que conocemos por los lápices convencionales, por ejemplo.
En el Fraunhofer IOF, Falk Eilenberger, jefe del Departamento de Óptica Micro y Nanoestructurada, ha estudiado y caracterizado la clase de material relacionada de los dicalcogenuros de metales de transición, o TMD para abreviar. En su forma tridimensional, los TMD sólo se presentan como semiconductores indirectos, lo que limita sus aplicaciones potenciales. Como material 2D, sin embargo, la sustancia se transforma en un semiconductor directo que puede convertir eficazmente la electricidad en luz y viceversa.
La producción escalable crea nuevas posibilidades de aplicación
Hasta ahora, los materiales 2D se obtenían "pelando" cristales tridimensionales. De forma similar a cuando se despega una huella dactilar con cinta adhesiva, las capas individuales de los cristales se retiran pieza a pieza. Se trata de un proceso largo e inadecuado para la industria, que hasta ahora ha limitado las aplicaciones potenciales de los materiales.
Los investigadores de Jena se han centrado en un proceso que facilita la producción compatible con la industria de materiales 2D personalizados. Para ello, utilizan lo que se conoce como deposición de vapor, en la que el cristal crece sobre una placa de silicio o vidrio como una alfombra, una alfombra nanométrica.
"El nuevo proceso no sólo nos ha permitido producir los materiales 2D con eficacia, sino también hacerlos crecer de forma escalable como piezas funcionales en componentes ópticos", explica el Dr. Eilenberger. "Esto nos permite integrar los materiales TMD en fibras ópticas, entre otras cosas, lo que abre un abanico de nuevas posibilidades de aplicación".
Posiblemente el LED más pequeño del mundo
Gracias a la introducción de TMD, las fibras ópticas y los chips fotónicos pueden funcionalizarse de tal manera que no sólo transmitan pasivamente la luz, sino que también la generen, la modifiquen o la detecten: una plataforma ideal, por ejemplo, para implementar fotónicamente determinadas tareas de los chips informáticos clásicos de forma que ahorren energía en el futuro. El equipo de investigación también consiguió funcionalizar el material 2D como diodo y desarrollar así el que posiblemente sea el LED más pequeño del mundo.
La integración de nanomateriales permite fabricar por primera vez componentes electrónicos, fotónicos y optoelectrónicos extremadamente pequeños y potentes. La eficiente conversión de electricidad y luz también hace que los materiales 2D sean interesantes para aplicaciones en transmisión de datos, tecnología de cámaras o sistemas de iluminación. Además, pueden combinarse a la perfección con los semiconductores existentes, abriendo así nuevas vías en la tecnología de semiconductores.
La luz resultante también puede tener propiedades cuánticas muy inusuales. Por tanto, no sólo es adecuada para el transporte clásico de datos, sino también para la encriptación cuántica. Así pues, los componentes ópticos cargados con TMD también pueden contribuir en el futuro a la seguridad cuántica de las redes de comunicación de datos.
Una combinación única en Turingia
El Dr. Eilenberger destaca el entorno de investigación especial de Turingia como clave del éxito del proyecto: "Aquí tenemos una situación muy singular, que ha contribuido notablemente al éxito de nuestro proyecto", afirma en relación con el premio. "En Turingia, y especialmente en Jena, el saber hacer en fotónica se une a excelentes instalaciones científicas -en cuanto a personal y tecnología- y también a empresas dispuestas a asumir riesgos y que no rehúyen los proyectos innovadores", explica Falk Eilenberger en reconocimiento a su colaboración con sus colegas el Prof. Andrey Turchanin, el Dr. Antony George y el Dr. Christof Neumann, de la Universidad de Jena.
Con el "Thüringer Forschungspreis" (Premio de Investigación de Turingia), el Estado Libre de Turingia distingue anualmente desde 1995 los mejores logros científicos de universidades e instituciones de investigación no universitarias de Turingia. Los logros de investigación más sobresalientes de individuos o grupos de investigación en las categorías de investigación básica y aplicada reciben una dotación económica de 25.000 euros y el Premio de Investigación. El Premio de Investigación de Turingia se entregó el 18 de junio de 2024 en la Universidad Técnica de Ilmenau.
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