Investigadores de la Universidad de Rutgers en Nueva Jersey han realizado un descubrimiento significativo en el campo de los materiales, al identificar una nueva clase de estructuras cristalinas denominadas «intercristales». Estos materiales presentan propiedades electrónicas únicas que podrían revolucionar diversas tecnologías del futuro.
Los intercristales, según el estudio publicado en la revista Nature Materials, se forman al apilar dos capas ultrafinas de grafeno, cada una compuesta por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. Al torcer ligeramente estas capas sobre una base de nitruro de boro hexagonal, se crea un desalineamiento sutil que origina patrones de moiré. Estos patrones, similares a los que se observan al superponer dos pantallas de malla fina, alteran significativamente el movimiento de los electrones a través del material.
Un nuevo enfoque en el diseño de materiales
«Nuestro descubrimiento abre un nuevo camino para el diseño de materiales», afirma Eva Andrei, profesora del Departamento de Física y Astronomía de Rutgers y autora principal del estudio. «Los intercristales nos proporcionan una nueva forma de controlar el comportamiento electrónico utilizando únicamente la geometría, sin necesidad de modificar la composición química del material.»
La capacidad de entender y manipular las propiedades electrónicas de los intercristales puede conducir al desarrollo de tecnologías más eficientes, como transistores y sensores, que anteriormente requerían una mezcla más compleja de materiales y procesos. «Imagina diseñar un circuito electrónico completo donde cada función—conmutación, detección, propagación de señales—sea controlada ajustando la geometría a nivel atómico», añade Jedediah Pixley, profesor asociado de física y coautor del estudio.
Este descubrimiento se basa en una técnica emergente en la física moderna conocida como «twistronics», que consiste en contorsionar capas de materiales en ángulos específicos para crear patrones de moiré. Estas configuraciones alteran de manera significativa el comportamiento de los electrones dentro de la sustancia, dando lugar a propiedades que no se encuentran en los cristales convencionales.
Los investigadores también observaron que las propiedades electrónicas de los intercristales pueden variar significativamente con pequeños cambios en su estructura, lo que puede dar lugar a comportamientos inusuales, como la superconductividad y el magnetismo, que normalmente no se encuentran en cristales regulares. Los materiales superconductores prometen permitir un flujo continuo de corriente eléctrica al conducir electricidad sin resistencia alguna.
Los intercristales tienen el potencial de formar parte de un nuevo tipo de circuitería para la electrónica de bajo consumo y sensores atómicos, así como en la creación de computadoras cuánticas y nuevas tecnologías de consumo. Además, ofrecen la posibilidad de ser la base de tecnologías electrónicas más respetuosas con el medio ambiente.
«Dado que estas estructuras pueden estar compuestas de elementos abundantes y no tóxicos, como carbono, boro y nitrógeno, en lugar de elementos de tierras raras, también ofrecen un camino más sostenible y escalable para las tecnologías futuras», concluye Andrei.
Los intercristales no solo son distintos de los cristales convencionales, sino que también se diferencian de los cuasicristales, un tipo especial de cristal descubierto en 1982 que tiene una estructura ordenada pero sin el patrón repetitivo de los cristales regulares. El equipo de investigación ha elegido el nombre «intercristales» para su hallazgo porque representan una mezcla entre cristales y cuasicristales: poseen patrones no repetitivos como los cuasicristales, pero comparten simetrías con los cristales regulares.
Los investigadores de Rutgers son optimistas respecto a las aplicaciones futuras de los intercristales, abriendo nuevas posibilidades para explorar y manipular las propiedades de los materiales a nivel atómico. «Esto es solo el comienzo», señala Pixley. «Estamos emocionados de ver hacia dónde nos llevará este descubrimiento y cómo impactará la tecnología y la ciencia en los años venideros.»
