Un equip d’investigació de l’Institut de Ciència Molecular (ICMol) de la Universitat de València acaba de fer un pas endavant en el camp de l’enginyeria de materials bidimensionals. Mitjançant la incorporació de nanopartícules magnètiques moleculars sobre la superfície d’un material 2D semiconductor, ha desenvolupat un nou material híbrid 2D autotensionable que amplia el potencial dels materials 2D per a la seua aplicació en dispositius optoelectrònics i en facilita la producció a gran escala. El treball apareix publicat a Nature Chemistry.
El mercat de l’optoelectrònica –dispositius electrònics que interaccionen amb la llum, com els LED– creix cada dia a tot el món. Els materials 2D, gràcies a la seua gran àrea superficial, flexibilitat i singulars propietats físiques o químiques, tenen un paper fonamental en el desenvolupament d’aquest mercat present en camps tan diversos com la il·luminació, la generació i l’emmagatzematge d’energia, els sistemes de comunicació, la catàlisi, els sensors o la salut.
Ajustar les propietats electròniques dels materials bidimensionals mitjançant l’anomenada ‘electrònica de tensions’ (straintronics) és un dels reptes de la nanotecnologia en aquest camp. Els materials 2D suporten extraordinàries deformacions sense trencar-se; poden ser doblegats, estirats i sotmesos a tensions que permeten modular-ne les propietats, facilitant així la fabricació de dispositius optoelectrònics amb noves funcionalitats.
En els últims anys s’ha comprovat que la tensió generada en deformar monocapes de MoS2 (Disulfur de Molibdè) canvia les propietats dels dispositius electrònics basats en aquest material 2D. Comunament, aquesta deformació sol aplicar-se externament sobre el material. Ara, un equip d’investigació de l’Institut de Ciència Molecular de la Universitat de València ha demostrat que l’ancoratge de certes nanopartícules magnètiques de base molecular en materials 2D pot donar lloc a una nova família d’heteroestructures 2D autotensionables, en les quals l’aplicació d’un estímul extern és capaç de provocar aquesta tensió.
El treball, que apareix publicat a la revista Nature Chemistry, descriu la preparació d’un material híbrid en què la tensió generada a nivell molecular sobre les capes de MoS2 condueix a un canvi reversible de les seues propietats elèctriques i òptiques.
Concretament, per aconseguir aquesta tensió s’han utilitzat nanopartícules magnètiques intel·ligents capaces de transitar entre dos estats d’espín de diferent volum, en aplicar estímuls externs com la temperatura i la llum. Això serveix per generar tensió sobre la capa de MoS2 i produir així un canvi substancial i reversible en les seues propietats electròniques. “Si bé els efectes de la tensió en els materials 2D ja es coneixien, ara hem aconseguit sintetitzar un sistema híbrid en el qual el material mateix s’autotensiona sota l’acció d’un estímul extern”, comenta Alicia Forment-Aliaga, investigadora de l’ICMol i una de les responsables del treball. “Això permetria preparar ‘tintes’ d’aquests sistemes, de manera que es facilite l’aplicació de la tensió sobre els materials 2D en diferents tipus de dispositius”, afegeix.
“Aquest resultat posa en valor el paper de la química en l’àrea dels materials bidimensionals, ja que il·lustra com les propietats mecàniques i electròniques d’un material 2D es poden controlar en ancorar molècules funcionals intel·ligents sobre el material 2D, una possibilitat inexplorada a l’electrònica basada en materials 2D”, conclou Eugenio Coronado, catedràtic de Química inorgànica de la Universitat de València, investigador a l’ICMol i corresponsable del projecte.
El treball ha estat desenvolupat en el marc de l’ERC Advanced Grant Mol-2D ‘Molecule-induced control over 2D materials’.
Referència:
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
Imatge: Representació artística d’una heteroestructura intel·ligent autotensionable, on s’aprecia la tensió local produïda sobre la superfície del material 2D en il·luminar les nanopartícules magnètiques moleculars.