Imaginad tener un edificio hecho de pilas de ladrillos conectados por puentes adaptables. Dándole a un botón, podéis modificar los puentes y como resultado el edificio cambia de funcionalidad. ¿No sería genial?
Un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Aitor Mugarza, del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) e ICREA, junto con el Prof. Diego Peña, del Centro de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CiQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), el Dr. César Moreno, antiguo miembro del equipo del ICN2 y actualmente investigador en la Universidad de Cantabria, y la Dra. Aran García-Lekue, del Donostia International Physics Center (DIPC) y la Fundación Ikerbasque, ha hecho algo análogo, pero a escala de los átomos, con el objetivo de sintetizar nuevos materiales basados en carbono con propiedades ajustables.
Como se explica en un artículo que acaba de publicar la revista Journal of the American Chemical Society (JACS) y que aparece en la portada del último número, esta investigación supone un avance significativo en la ingeniería precisa de materiales de delgadez atómica –llamados "materiales 2D" por su reducida dimensionalidad–. La técnica de fabricación propuesta abre nuevas y apasionantes posibilidades para la ciencia de materiales y, en particular, para su aplicación en electrónica avanzada y futuras soluciones para la energía sostenible.
Los autores de este estudio sintetizaron una nueva estructura de grafeno nanoporoso conectando tiras de grafeno ultra estrechas, conocidas como nanoribbons (es decir, “nanocintas”), mediante "puentes" flexibles formados por porciones de moléculas de fenileno. Modificando de forma continua la arquitectura y el ángulo de estos puentes, los científicos pueden controlar la conectividad cuántica entre los canales de los nanoribbons y, en última instancia, afinar las propiedades electrónicas de la nanoarquitectura de grafeno. El ajuste podría también ser controlado mediante estímulos externos, como deformación o campos eléctricos, lo que ofrecería oportunidades para distintas aplicaciones.
Estos hallazgos pioneros, fruto de la colaboración entre instituciones españolas de primer nivel (CiQUS, ICN2, Universidad de Cantabria, DIPC) y la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), demuestran que la estrategia de puentes moleculares propuesta puede tener un gran impacto en la síntesis de nuevos materiales con propiedades diseñadas a medida y constituye una poderosa herramienta para la realización de circuitos cuánticos. Éstos realizan operaciones similares a las de los circuitos convencionales, aunque a diferencia de éstos, los circuitos cuánticos aprovechan los efectos y fenómenos cuánticos. El diseño y la implementación de estos sistemas son extremadamente relevantes para el desarrollo de ordenadores cuánticos.
Pero las aplicaciones potenciales de la estrategia propuesta en este estudio van más allá de los futuros dispositivos electrónicos y ordenadores. En concreto, podría conducir también al desarrollo de nanomateriales termoeléctricos, que pueden tener un impacto importante en la generación de energía renovable y la recuperación de calor residual, abordando así otro reto social crucial.
El artículo ha merecido la portada en el último número de Journal of the American Chemical Society (JACS).
Imagen: Dr Maria Tenorio y Dámaso Torres · ICN2
Referencia: César Moreno*, Xabier Diaz de Cerio, Manuel Vilas-Varela, Maria Tenorio, Ane Sarasola, Mads Brandbyge, Diego Peña*, Aran Garcia-Lekue*, and Aitor Mugarza*. Molecular Bridge Engineering for Tuning Quantum Electronic Transport and Anisotropy in Nanoporous Graphene. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145 (16): 8988-8995. https://doi.org/10.1021/jacs.3c00173(link is external)
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