{"id":245425,"date":"2017-08-23T18:42:37","date_gmt":"2017-08-23T21:42:37","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=245425\/"},"modified":"2017-08-23T18:42:37","modified_gmt":"2017-08-23T21:42:37","slug":"superpropiedades-en-2d-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/superpropiedades-en-2d-2\/","title":{"rendered":"Superpropiedades en 2D"},"content":{"rendered":"
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leandro seixas\/ mackgraphe <\/span><\/a> Cristal de f\u00f3sforo negro: los colores e el borde superior indican la intensidad de vibraci\u00f3n (mayor en las \u00e1reas en rojo<\/em>)leandro seixas\/ mackgraphe <\/span><\/p><\/div>\n

Publicado en agosto de 2016<\/em><\/p>\n

Seg\u00fan estimaciones de un equipo de f\u00edsicos te\u00f3ricos que trabajan en S\u00e3o Paulo y Singapur, una l\u00e1mina de \u00f3xido de esta\u00f1o (SnO) de tan s\u00f3lo un \u00e1tomo de espesor podr\u00eda adquirir propiedades mec\u00e1nicas y magn\u00e9ticas extraordinarias. Los materiales formados por una sola capa de \u00e1tomos se denominan bidimensionales, porque puede medirse su ancho y su profundidad, pero su espesor es despreciable. En los \u00faltimos a\u00f1os, han despertado el inter\u00e9s de cient\u00edficos te\u00f3ricos y experimentales a causa de las propiedades el\u00e9ctricas, magn\u00e9ticas, mec\u00e1nicas y \u00f3pticas que podr\u00edan presentar. El \u00f3xido de esta\u00f1o, por ejemplo, cuya estructura at\u00f3mica se encuentra representada a la izquierda, en esta p\u00e1gina, podr\u00eda convertirse en la vedete de la nanotecnolog\u00eda, en el caso que sus propiedades recientemente descubiertas puedan confirmarse en laboratorio. Una de esas posibilidades ser\u00eda utilizarlo en la elaboraci\u00f3n de dispositivos a escala nanom\u00e9trica para almacenar informaci\u00f3n.<\/p>\n

\u201cLas propiedades mec\u00e1nicas y magn\u00e9ticas de la capa monoat\u00f3mica de \u00f3xido de esta\u00f1o dependen de la cantidad de carga el\u00e9ctrica que recibe el material\u201d, explica el f\u00edsico Leandro Seixas, docente del Centro de Investigaciones Avanzadas en Grafeno, Nanomateriales y Nanotecnolog\u00edas (MackGraphe), de la Universidad Presbiteriana Mackenzie, en S\u00e3o Paulo, que fue inaugurado oficialmente en el mes de marzo del corriente a\u00f1o. Seixas es el autor principal de un estudio te\u00f3rico que se public\u00f3 en mayo, en la revista Physical Review Letters<\/em>, demostrando que, al alterar el potencial el\u00e9ctrico al que se somete a ese material, puede controlarse su organizaci\u00f3n at\u00f3mica y el grado de magnetizaci\u00f3n. \u201cEs la primera vez que se prev\u00e9 la existencia de un material bidimensional con este comportamiento\u201d, comenta Seixas, quien desarroll\u00f3 el trabajo en colaboraci\u00f3n con Aleksandr Rodin, Alexandra Carvalho y Ant\u00f4nio Castro Neto, todos f\u00edsicos del Centro para Materiales Avanzados 2D y del Centro de Investigaci\u00f3n del Grafeno de la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Adem\u00e1s de dirigir esos centros, Castro Neto es el investigador responsable del proyecto \u201cGrafeno: Fot\u00f3nica y Optoelectr\u00f3nica. Convenio UPM-NUS\u201d, del programa S\u00e3o Paulo Excellence Chair (Spec) de la FAPESP, con sede en el MackGraphe.<\/p>\n

Cuando se cortan en laboratorio lonjas cada vez m\u00e1s delgadas, a partir de bloques s\u00f3lidos de ciertos materiales, hasta alcanzar el m\u00ednimo espesor posible, ocurre una gran transformaci\u00f3n. Eso fue lo que descubrieron los f\u00edsicos Andre Geim y Konstantin Novosolev, en 2004, cuando exfoliaron grafito \u2013el mineral que constituye los l\u00e1pices\u2013 hasta conseguir una l\u00e1mina formada por una \u00fanica capa de \u00e1tomos de carbono, a la que se denomin\u00f3 grafeno. Si bien es flexible y liso como una hoja de papel, el grafeno es m\u00e1s resistente que el acero. Tambi\u00e9n posee la capacidad de conducir la electricidad con una eficiencia miles de veces superior a la del silicio, la materia prima de toda la tecnolog\u00eda electr\u00f3nica actual, aunque no es posible controlar muy bien el flujo de la corriente el\u00e9ctrica. Esa caracter\u00edstica dificulta la fabricaci\u00f3n de un transistor de computadora empleando grafeno. No obstante, desde 2004 en adelante, se han identificado otros materiales que, bajo condiciones singulares, son capaces de superar tales limitaciones. Tambi\u00e9n se est\u00e1n estudiando formas de perfeccionar el ensamblaje de l\u00e1minas de grafeno superpuestas a otras estructuras bidimensionales para, as\u00ed, combinar las propiedades de estos materiales.<\/p>\n

Una de las alternativas al grafeno que m\u00e1s se han estudiado son las capas de sulfato de molibdeno (MoS2<\/sub>), con tres \u00e1tomos de espesor, descubiertas en 2005. Recientemente, en 2014, los cient\u00edficos descubrieron tambi\u00e9n que el f\u00f3sforo negro, un material sint\u00e9tico compuesto \u00fanicamente por \u00e1tomos de f\u00f3sforo, puede exfoliarse hasta lograr una capa monoat\u00f3mica, a la que se denomin\u00f3 fosforeno. Al igual que el MoS2<\/sub>, tanto el fosforeno como el f\u00f3sforo negro constituido por pocas capas at\u00f3micas poseen algunas propiedades \u00f3pticas y electr\u00f3nicas superiores a las del grafeno.<\/p>\n

Las diferencias entre el f\u00f3sforo negro y el grafeno a\u00fan no han sido determinadas por completo. En experimentos que se realizaron este a\u00f1o en el MackGraphe, bajo la conducci\u00f3n del grupo del f\u00edsico Christiano de Matos, en colaboraci\u00f3n con investigadores del Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), del Departamento de F\u00edsica de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) y del Centro para Materiales Avanzados 2D de la NUS, se revel\u00f3 que los \u00e1tomos de los bordes de las capas de f\u00f3sforo negro pod\u00edan vibrar de manera bastante diferente a la de los \u00e1tomos de similar condici\u00f3n del grafeno. Esas vibraciones de borde, descritas en un art\u00edculo que fue publicado en julio, en la revista Nature Communications<\/em>, pueden incidir en la manera en que el f\u00f3sforo negro disipa calor y propaga la luz. A\u00fan es pronto para determinar si las alteraciones en la vibraci\u00f3n podr\u00edan propiciar o suponer un impedimento para el dise\u00f1o de un dispositivo nanotecnol\u00f3gico, tal como un transistor o un sensor lum\u00ednico. \u201cLo que queda claro\u201d, dice Matos, \u201ces que cualquier proyecto de dispositivo deber\u00e1 tener en cuenta esas vibraciones de borde\u201d.<\/p>\n

Memorias bidimensionales<\/strong>
\nF\u00edsicos experimentales han obtenido en laboratorio l\u00e1minas cada vez m\u00e1s delgadas de SnO, demostrando que el material, dependiendo de su espesor, podr\u00eda ser un excelente semiconductor o un aislante el\u00e9ctrico. \u201cSe espera que este a\u00f1o alg\u00fan grupo experimental obtenga una capa monoat\u00f3mica de SnO para, as\u00ed, poder verificar nuestras previsiones\u201d, contempla Seixas.<\/p>\n

Las simulaciones del comportamiento de los \u00e1tomos en supercomputadoras, revelaron que, dependiendo de la cantidad de carga el\u00e9ctrica presente en una capa monoat\u00f3mica de SnO, el material se transformar\u00eda en un im\u00e1n cuyos polos podr\u00edan controlarse. En caso de que tal control fuera viable en los experimentos, tal vez sea posible utilizar dicho magnetismo para almacenar informaci\u00f3n en una superficie de \u00f3xido de esta\u00f1o, en forma similar a lo que ocurre en el disco r\u00edgido de las computadoras actuales. Seixas y sus colegas incluso demostraron que esa propiedad no ser\u00eda algo exclusivo del SnO. Los investigadores contemplan que otros materiales, tales como el sulfato de galio (GaS) y el selenato de galio (GaSe), tambi\u00e9n podr\u00edan magnetizarse en forma similar en caso de dispon\u00e9rselos bajo la forma de capas bidimensionales.<\/p>\n

\u201cLa magnetizaci\u00f3n de materiales bidimensionales es algo infrecuente\u201d, comenta Seixas. El f\u00edsico explica que, si bien hay materiales puros, como en los casos del f\u00f3sforo negro y el grafeno, en los cuales pueden magnetizarse los \u00e1tomos de los bordes de sus capas, bajo circunstancias especiales, el centro de esas mismas capas s\u00f3lo puede magnetizarse mediante la adici\u00f3n de impurezas, tales como \u00e1tomos de cobalto.<\/p>\n

Los c\u00e1lculos del equipo de Seixas tambi\u00e9n sugieren que, dependiendo de la cantidad de carga el\u00e9ctrica circulante por el material bidimensional, el ordenamiento at\u00f3mico de la capa de SnO podr\u00eda sufrir una deformaci\u00f3n espont\u00e1nea, que tambi\u00e9n podr\u00eda conducir a alguna aplicaci\u00f3n tecnol\u00f3gica. Los cuadrados que se forman por el ordenamiento de los \u00e1tomos de esta\u00f1o y ox\u00edgeno pueden estirarse, formando rect\u00e1ngulos. \u201cComo en el caso de la magnetizaci\u00f3n, esas deformaciones podr\u00edan controlarse a trav\u00e9s de la densidad de la carga el\u00e9ctrica en el material\u201d, explica. \u201cPero a diferencia de lo que ocurre con la magnetizaci\u00f3n, todav\u00eda no podemos explicar el origen de tales deformaciones ni si las mismas aparecer\u00edan en otros materiales\u201d.<\/p>\n

Proyectos<\/strong>
\n 1.<\/strong> Grafeno: Fot\u00f3nica y Optoelectr\u00f3nica. Convenio UPM-NUS (n\u00ba 2012\/50259-8<\/a>); Modalidad<\/strong> Apoyo a la Investigaci\u00f3n \u2013 Programa SPEC; Investigador responsable<\/strong> Antonio Helio de Castro Neto (Universidad Presbiteriana Mackenzie); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 13.110.474,99 (para la totalidad del proyecto).
\n2.<\/strong> Efectos plasm\u00f3nicos y no lineales en grafeno acoplado a gu\u00edas \u00f3pticas de onda (n\u00ba 2015\/11779-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Apoyo a la Investigaci\u00f3n \u2013 Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Christiano Jos\u00e9 Santiago de Matos (Universidad Presbiteriana Mackenzie); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 832.300,86.
\n3.<\/strong> ICTP Instituto Sudamericano de Investigaci\u00f3n Fundamental: Un centro regional para la f\u00edsica te\u00f3rica (n\u00ba 2011\/11973-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Apoyo a la Investigaci\u00f3n \u2013 Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Nathan Jacob Berkovits (Unesp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 5.393.992.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nSEIXAS, L. et al<\/em>. Multiferroic Two-Dimensional Materials<\/a>. Physical Review Letters<\/strong>, v. 116, p. 206803. 20 may. 2016.
\nRIBEIRO, H. B. et al<\/em>. Edge phonons in black phosphorus<\/a>. Nature Communications<\/strong>. 14 jul. 2016.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Simulaciones sugieren la posibilidad de crear nuevos materiales nanoestructurados capaces de almacenar informaci\u00f3n","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[103],"class_list":["post-245425","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/245425","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=245425"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/245425\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=245425"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=245425"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=245425"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=245425"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}