Los materiales bidimensionales van más allá del grafeno para su uso en electrónica
La demanda de miniaturización de dispositivos electrónicos sigue creciendo, pero ahora el sector se está acercando al límite de escalado del silicio. En los últimos tiempos, los materiales bidimensionales se han presentado como candidatos prometedores para su uso en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos miniaturizados debido a sus propiedades específicas, junto con sus dimensiones de grosor atómico. El grafeno es el primer material bidimensional estudiado en detalle, pero ahora se ha puesto el foco en otros materiales con propiedades muy diferentes para nuevas aplicaciones. En el marco del proyecto DEMONH, financiado con fondos europeos, los científicos han estudiado las propiedades electrónicas y ópticas de un material semiconductor bidimensional conocido como disulfuro de molibdeno (MoS2) y de materiales híbridos prometedores conocidos como perovskitas de haluro de plomo. La perfección no lo es todo En electrónica, los defectos puntuales, como vacantes e impurezas, son fundamentales. «Aunque, en ocasiones, los defectos puntuales pueden considerarse un inconveniente importante para llevar a cabo determinadas operaciones electrónicas, cada tipo de defecto puede causar un cambio profundo de las propiedades del material. Concretamente, la presencia extendida de defectos puede mejorar drásticamente las respuesta física, electroquímica y optoelectrónica de los materiales bidimensionales», indica David Beljonne, coordinador del proyecto. Los científicos se han interesado principalmente en la influencia de los defectos puntuales que, o bien se crean de manera intencional para aumentar la densidad de los sitios de anclaje, o bien se crean de manera natural durante la síntesis de materiales. En este último caso, el anclaje de nanopartículas en sitios defectuosos del MoS2 en condiciones de baja iluminación puede aumentar la complejidad del comportamiento funcional del material. Otro punto de interés era establecer un marco teórico general que pudiese captar las propiedades fotofísicas y optoelectrónicas de determinados materiales híbridos. Asentada en un punto en el que confluyen moléculas y materiales en estado sólido, la investigación sobre materiales orgánicos-inorgánicos se basó en principios tomados de la química y la física. Concretamente, en contra de la opinión generalizada, el equipo del proyecto investigó cómo la adición de defectos puntuales en perovskita híbridas de haluro puede utilizarse para mejorar la eficacia del proceso de fotoconversión en fotovoltaica. Los resultados ayudaron a los científicos a entender mejor la función de los dopantes de cloro y los cationes orgánicos en la supresión de la recombinación de portadores y la restauración de portadores de carga de vida larga. De materiales bidimensionales a heteroestructuras Con varios materiales bidimensionales en sus manos, los científicos se concentraron en combinarlos en pilas verticales. El diseño de arquitecturas multicapa basadas en elementos de materiales bidimensionales ultrafinos tuvo el apoyo de técnicas avanzadas de procesamiento de soluciones. Las moléculas orgánicas ayudaron en el proceso de exfoliación líquida deslaminando los materiales en capas individuales, ultrafinas y, sobre todo, estables. «La construcción de polímeros conjugados estables fue clave para estudiar los potentes mecanismos de ajuste de las propiedades electrónicas y ópticas de unidades bidimensionales elementales», señala Beljonne. Entre otros hallazgos, el equipo del proyecto demostró que las propiedades eléctricas de las capas bidimensionales de dicalcogenuro de metal pueden ajustarse mediante el bombardeo de iones y que las vacantes de azufre resultantes actúan como grupos de anclaje favorables para las moléculas multifuncionales a base de tiol. Los materiales bidimensionales apilados poseen diversas propiedades ajustables que se espera que sean importantes para futuras aplicaciones en electrónica y optoelectrónica. Las posibles aplicaciones van de componentes de microchips a paneles solares finos y flexibles o pantallas de visualización. Como consecuencia del trabajo de este proyecto, se han realizado más estudios sobre otros sistemas de materiales bidimensionales. Gracias a DEMONH, se ha mejorado la comprensión básica de las complejas propiedades electrónicas y ópticas de determinados materiales semiconductores e híbridos. Se espera que esto guie el diseño y el desarrollo de la siguiente generación de dispositivos con heteroestructuras multicapa ultrafinas y flexibles.
Palabras clave
DEMONH, electrónica, materiales bidimensionales, propiedades ópticas, materiales híbridos, optoelectrónica, grafeno, polímeros conjugados, heteroestructura multicapa
