Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València acaba de dar un paso adelante en el campo de la ingeniería de materiales bidimensionales. Mediante la incorporación de nanopartículas magnéticas moleculares sobre la superficie de un material 2D semiconductor, ha desarrollado un nuevo material híbrido 2D autotensionable que amplía el potencial de los materiales 2D para su aplicación en dispositivos optoelectrónicos y facilita su producción a gran escala. El trabajo aparece publicado en Nature Chemistry.
El mercado de la optoelectrónica –dispositivos electrónicos que interaccionan con la luz, como los LED– crece cada día en todo el mundo. Los materiales 2D, gracias a su gran área superficial, flexibilidad y singulares propiedades físicas o químicas, tienen un papel fundamental en el desarrollo de este mercado presente en campos tan diversos como la iluminación, la generación y almacenamiento de energía, los sistemas de comunicación, la catálisis, los sensores o la salud.
Ajustar las propiedades electrónicas de los materiales bidimensionales mediante la denominada ‘electrónica de tensiones’ (straintronics) es uno de los retos de la nanotecnología en este campo. Los materiales 2D soportan extraordinarias deformaciones sin romperse; pueden ser doblados, estirados y sometidos a tensiones que permiten modular sus propiedades, facilitando así la fabricación de dispositivos optoelectrónicos con nuevas funcionalidades.
En los últimos años se ha comprobado que la tensión generada al deformar monocapas de MoS2 (Disulfuro de Molibdeno) cambia las propiedades de los dispositivos electrónicos basados en este material 2D. Comúnmente, esta deformación suele aplicarse externamente sobre el material. Ahora, un equipo de investigación del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València ha demostrado que el anclaje de ciertas nanopartículas magnéticas de base molecular en materiales 2D puede dar lugar a una nueva familia de heteroestructuras 2D autotensionables, en las cuales la aplicación de un estímulo externo es capaz de provocar dicha tensión.
El trabajo, que aparece publicado en la revista Nature Chemistry, describe la preparación de un material híbrido en el que la tensión generada a nivel molecular sobre las capas de MoS2 conduce a un cambio reversible de sus propiedades eléctricas y ópticas.
Concretamente, para conseguir esta tensión se han utilizado nanopartículas magnéticas inteligentes capaces de transitar entre dos estados de espín de diferente volumen, al aplicar estímulos externos como la temperatura y la luz. Esto sirve para generar tensión sobre la capa de MoS2 y producir así un cambio sustancial y reversible en sus propiedades electrónicas. “Si bien los efectos de la tensión en los materiales 2D ya se conocían, ahora hemos conseguido sintetizar un sistema híbrido en el que el propio material se autotensiona bajo la acción de un estímulo externo”, comenta Alicia Forment-Aliaga, investigadora del ICMol y una de las responsables del trabajo. “Esto permitiría preparar ‘tintas’ de estos sistemas, de forma que se facilite la aplicación de la tensión sobre los materiales 2D en diferentes tipos de dispositivos”, añade.
“Este resultado pone en valor el papel de la química en el área de los materiales bidimensionales, ya que ilustra cómo las propiedades mecánicas y electrónicas de un material 2D se pueden controlar al anclar moléculas funcionales inteligentes sobre el material 2D, una posibilidad inexplorada en la electrónica basada en materiales 2D”, concluye Eugenio Coronado, catedrático de Química inorgánica de la Universitat de València, investigador en el ICMol y corresponsable del proyecto.
El trabajo ha sido desarrollado en el marco de la ERC Advanced Grant Mol-2D ‘Molecule-induced control over 2D materials’.
Referencia:
Spin-crossover nanoparticles anchored on MoS2 layers for heterostructures with tunable strain driven by thermally or light-induced spin switching. Ramón Torres-Cavanillas, Marc Morant-Giner, Garin Escorcia-Ariza, Julien Dugay, Josep Canet-Ferrer, Sergio Tatay, Salvador Cardona-Serra, Mónica Giménez-Marqués, Marta Galbiati, Alicia Forment-Aliaga and Eugenio Coronado. Nature Chemistry.
DOI: https://www.nature.com/articles/s41557-021-00795-y
Imagen: Representación artística de una heteroestructura inteligente autotensionable, donde se aprecia la tensión local producida sobre la superficie del material 2D al iluminar las nanopartículas magnéticas moleculares.