Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Wolfgang Pauli, el famoso austríaco premio Nobel de Física,
dijo en una ocasión: Dios hizo la
materia, y el diablo las superficies
El viaje a Planilandia, o sea a estructuras atómicas de dos
dimensiones, bajo mi humilde opinión, tiene una implicación mucho más poderosa
que conseguir, como se hace con el grafeno, nuevas e increíbles propiedades
ópticas, eléctricas, térmicas y mecánicas
La nueva e ilimitada dimensión viene por los espectaculares
fenómenos cuánticos que se manifiestan
Los electrones que viajan a través de una fina lámina de dos
dimensiones se comportan más como si
fuesen partículas sin masa, con propiedades parecidas a los fotones,
que como las partículas con carga eléctrica
En ese mundo de dos dimensiones, los electrones se ven influenciados tanto por las
reglas de la mecánica cuántica como por las de la relatividad de Einstein,
algo que antes del grafeno solo ocurría en los aceleradores de partículas
Por ello, los transistores basados en grafeno pueden ser mucho más veloces que
los basados en silicio ( pueden llegar a frecuencias de centenares de gigahercios,
muy superiores a las de nuestros ordenadores ), ….y sin embargo no son fáciles
de apagar y encender
Ello se debe a que el grafeno no es un semiconductor ( un
material que en estado de apagado bloquea el paso de corriente eléctrica )
Por fortuna, el grafeno no es el único material
bidimensional que puede producirse por vía sintética
Con los nuevos materiales bidimensionales, podemos obtener
superficies uniformes de un solo átomo de grosor, que pueden ser capas
aislantes o semiconductoras
Su potencial es enorme, porque nos permiten fabricar transistores que operen en la región espectral
del terahercio
Otra de las propiedades decisivas que hay que buscar en los
nuevos materiales bidimensionales es que al adoptar la capa bidimensional, el
cambio de geometría le altere las propiedades, haciendo que las bandas de
conducción y de valencia se modifiquen, y la brecha energética que hay entre
ambas, o sea la banda prohibida, pase
a ser de tipo directo, es decir que los electrones puedan salvarla de manera
directa, emitiendo fotones
Esto los hace mucho más eficientes emitiendo luz………lo que
cambia radicalmente los principios técnico-económicos en que está basada la
producción proveniente de la energía solar
Conclusión: ordenadores
mucho más rápidos, energía solar mucho más eficiente….. y muchas más
cosas relacionadas con esas “nuevas
cotas de libertad que tienen lo electrones”
Las ideas básicas de este resumen han sido sacadas de un
hermoso artículo publicado por la revista Investigación y Ciencia, en su
edición de Junio 2017 :
El resto son links que, buceando por Internet, he encontrado
interesantes:
Direct and indirect band gaps
In semiconductor physics, the band gap of
a semiconductor is always one of two types, a direct band gap or an indirect band gap. The minimal-energy
state in the conduction band and the maximal-energy state
in the valence band are each characterized by a
certain crystal momentum (k-vector) in the Brillouin zone.
If the k-vectors are the same, it is called a "direct gap". If they
are different, it is called an "indirect gap". The band gap is called "direct" if the momentum of electrons and holes is the
same in both the conduction bandand the valence band; an electron can directly emit a
photon. In an
"indirect" gap, a photon cannot be emitted because the electron must
pass through an intermediate state and transfer momentum to the crystal
lattice.
Energy
vs. crystal
momentum for a
semiconductor with an indirect band gap, showing that an electron cannot shift
from the highest-energy state in the valence band (red) to the lowest-energy
state in the conduction band (green) without a change in momentum. Here, almost
all of the energy comes from a photon (vertical arrow), while almost all of the
momentum comes from a phonon (horizontal arrow).
Energy
vs. crystal
momentum for a
semiconductor with a direct band gap, showing that an electron can shift from
the highest-energy state in the valence band (red) to the lowest-energy state
in the conduction band (green) without a change in crystal momentum. Depicted is a transition in which
a photon excites an electron from the valence band to the conduction band.
Nuevo material puede revolucionar la industria, y no
es el grafeno
El ReS2 pertenece a una clase de
materiales llamados dicalcogenuros de metales de transición (DMT). Con este
nombre se agrupan compuestos de fórmula MX2, en los que M es un
metal de transición y X un elemento del grupo 16 de la tabla periódica, es
decir, oxígeno, azufre, selenio o teluro. Una de las características más
interesantes de los DMT-2D es que tienen bandas prohibidas directas,
lo que les permite absorber y emitir luz eficientemente y les hace candidatos
muy prometedores para ser parte de la próxima generación de materiales
usados en optoelectrónica y en células fotovoltaicas.
Sin embargo, estas propiedades tan atractivas de los DMT
sólo aparecen en el caso de que estén en forma de monocapa; cuando están en 3D
se produce un acoplamiento entre las capas que hace que la banda prohibida sea
indirecta, lo que reduce drásticamente sus propiedades ópticas y electrónicas.
La revolución de los materiales 2D
Cuando los expertos en física de materiales descubrieron que
los compuestos rebanados en láminas delgadísimas se comportan de forma muy
distinta a la habitual, sentaron las bases de una revolución tecnológica
que en unos años podría transformar el mundo.
En 2005, los físicos Andre Geim y Konstantín Novosiólov
arrancaron con celo unos trozos de grafito, la sustancia de la mina de los
lápices, y obtuvieron una monocapa cristalina hexagonal, el grafeno.
Al analizar esa loncha, que no tenía más de un átomo de grosor, se dieron
cuenta de que sus propiedades diferían considerablemente de las del grafito.
Así, no puede haber material más plano, y sin embargo, no resulta
frágil; en absoluto.
En efecto, el grafeno es sumamente duro y
resistente, y flexible como el plástico. Y no solo eso; se puede estirar,
pero recuperará su tamaño original. Además, conduce extraordinariamente bien
el calor y
la electricidad:
la red atómica que conforma se convierte en una autopista para los electrones,
que circulan por ella a gran velocidad.
Desde el descubrimiento del grafeno, los numerosos grupos de
investigadores que experimentan con este y otros materiales bidimensionales no
han parado de analizar sus características electrónicas y los fenómenos que
emergen de ellos cuando, por ejemplo, los combinan entre sí para formar
compuestos de varias capas. El fosforeno, el diseleniuro de molibdeno o
el disulfuro de tungsteno son algunos de estos materiales milagrosos, y la
lista no para de crecer.
“Cuando tomamos uno de estos compuestos y hacemos que una de
sus dimensiones sea muy pequeña, variamos sus propiedades. Estas no se
encuentran presentes en su forma en 3D”, explica a MUY una de las mayores
autoridades en este campo, el profesor John Coleman, del Centro de
Investigación en Nanodispositivos y Nanoestructuras Adaptativas del Trinity
College de Dublín (CRANN).
Coleman asegura que se necesita tiempo para que nos
beneficiemos de las ventajas que prometen estos materiales. “En el
desarrollo de cualquier tecnología suelen pasar años desde que se realizan los
primeros experimentos hasta que estos se concretan en un avance”. Lo mismo
ocurrió con los plásticos o
los semiconductores. “Es una cuestión de conocimientos y experiencia; solo así
podrás controlar estas sustancias para que hagan aquello que necesitas que
hagan. Y eso no pasa de un día para otro”, dice Coleman.
Materiales 2D más allá del Grafeno
Optoelectronics with 2D materials
The
first car in the World made with Graphene is a reality
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Álvaro Ballesteros
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