Es bidimensional

Nuevo nanomaterial para fabricar dispositivos electrónicos

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Desarrollo del Centro de Nanociencias y Nanotecnología; su ámbito incluye sensores, transistores y contactos

Patricia López, 14 de septiembre de 2017

Un nuevo nanomaterial bidimensional, llamado carbonitruro de renio (ReCN), fue desarrollado por tres doctores en Física del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN), con sede en el campus de este puerto bajacaliforniano.

El ReCN puede estructurarse con otros materiales bidimensionales, como el grafeno y el fosforeno, y con él pueden elaborarse dispositivos electrónicos cada vez más pequeños, como sensores, transistores y contactos.

En la era de la miniaturización de los dispositivos electrónicos, este nanomaterial será una importante aportación tecnológica. Actualmente, los expertos del Centro se concentran en sintetizarlo en laboratorio, una vez que concluyeron la fase de modelado matemático en la supercomputadora Miztli de la Universidad Nacional.

El ReCN se comporta como un metal cuando su acomodo es en laminillas, pero apilado en bloque funciona como un semiconductor, revela un artículo publicado en junio pasado en los Scientific Reports de la revista Nature.

El nanomaterial en lámina es millones de veces más delgado que un milímetro, explicó el investigador del CNyN Armando Reyes Serrato, quien propuso probar esta estructura. El estudiante de posdoctorado Jonathan Guerrero Sánchez realizó los cálculos de la fase de modelado matemático y el investigador Noboru Takeuchi Tan supervisó el proceso. Los tres autores del Centro contribuyeron al análisis de los resultados, prepararon y revisaron el artículo.

Monocapa bidimensional de ReCN altamente simétrica. Imagen: cortesía de Armando Reyes y colaboradores.

Elemento duro y resistente a la corrosión

El nuevo nanomaterial es derivado del renio (Re), un elemento químico de número atómico 75. Es un metal de transición, sólido, refractario y resistente a la corrosión, muy usado en la joyería y como catalizador. Es uno de los metales más densos del planeta y es escaso en la corteza terrestre.

“Desde hace décadas he trabajado con este material, que es muy duro y resistente a la corrosión. Puede sustituir al diamante en usos industriales, por ejemplo, en las herramientas de corte”, explicó Reyes Serrato. “Buscamos un material que tuviera muchos electrones (el Re tiene 75) para que permita hacer muchos enlaces covalentes. El renio satisface esta condición”, añadió el especialista.

Laboratorio virtual

Reyes Serrato trabaja en lo que llama un laboratorio virtual, pues básicamente utiliza programas, la supercomputadora Miztli y la tabla periódica de los elementos.

“También usamos las estructuras cristalinas definidas matemáticamente y que sabemos que hay en la naturaleza para cuantificar la mayoría de los materiales que conocemos. En este caso hablamos de los llamados cristalinos, es decir, que están hechos de bloques fundamentales que periódicamente se arreglan y uno observa el material bidimensional”, expuso.

Los modelos que utilizan son de ecuaciones que describen el comportamiento. “En atención a estos resultados sabemos si es un material metálico, conductor, ferromagnético o superconductor. En el modelo matemático también conocemos sus propiedades eléctricas y de transporte”, comentó.

“Desde Ensenada nos conectamos con la supercomputadora Miztli. Aquí usamos estaciones de trabajo; son una especie de computadoras intermedias entre las personales y la supercomputadora que está en CU”, señaló.

Para este proyecto, los investigadores del CNyN recibieron el apoyo de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico y del Centro de Supercómputo de la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de Información y Comunicación, además de patrocinio parcial del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

DOS SUPERFICIES

El ReCN, como si fuera una hoja de papel, es de dos vistas: tiene, por un lado, la capa de átomos de carbón, en medio el renio, y del otro lado los átomos de nitrógeno.

Lo que están haciendo en el CNyN es tratar de sintetizarlo en el laboratorio. Para esto, deben calcular todas sus propiedades de transporte y termoeléctricas, así como caracterizarlo completamente. Esto será útil para formar heteroestructuras (materiales nanométricos que apilan diferentes materiales bidimensionales, como en un club sándwich de varias capas). Dependiendo de la combinación de elementos, de su acomodo y su orientación, son las propiedades que puede tener.