Los marcos organometálicos (MOFs, por sus siglas en inglés) han sido objeto de estudio por su alta porosidad y versatilidad estructural, lo que les otorga un enorme potencial en diversas aplicaciones, especialmente en el ámbito de la electrónica. Sin embargo, su baja conductividad eléctrica ha limitado su adopción en este campo. Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), en colaboración con colegas de Alemania y Brasil, ha logrado un avance significativo en la producción de películas delgadas de MOFs que conducen electricidad como los metales. Este desarrollo abre nuevas posibilidades en el ámbito de la electrónica y el almacenamiento de energía, desde sensores hasta materiales funcionales.
El artículo, publicado en la revista Materials Horizons, detalla cómo los investigadores han conseguido fabricar por primera vez un MOF en forma de película delgada que exhibe conductividad metálica. Los MOFs están compuestos por clústeres metálicos y enlaces orgánicos y pueden utilizarse en diversas aplicaciones, como la catálisis, la separación de materiales y el almacenamiento de gases. Este avance es particularmente relevante ya que, aunque se había predicho teóricamente la conductividad metálica en los MOFs, hasta ahora solo se había logrado en casos excepcionales y nunca en la forma necesaria para aplicaciones técnicas.
Nueva técnica de fabricación minimiza defectos en los MOFs
Según el profesor Christof Wöll, director del Instituto de Interfaces Funcionales (IFG) en el KIT, la baja conductividad eléctrica de los MOFs se debe a defectos estructurales, como las fronteras entre dominios cristalinos, que obstaculizan el transporte de electrones. La nueva técnica de fabricación empleada por el equipo ha permitido reducir significativamente la densidad de estos defectos. Utilizando un laboratorio autónomo asistido por inteligencia artificial y síntesis robótica, los investigadores optimizaron las películas delgadas del material Cu3(HHTP)2. Este enfoque permite un control preciso sobre la cristalinidad y el tamaño de los dominios, logrando conductividades superiores a 200 Siemens por metro a temperatura ambiente, y aún mayores a temperaturas criogénicas de -173.15 grados Celsius, lo que es indicativo de un comportamiento metálico.
Además, el análisis teórico sugiere que el material Cu3(HHTP)2 presenta conos de Dirac, estados electrónicos especiales similares a los que se encuentran en el grafeno. Esto abre nuevas posibilidades para la exploración experimental de fenómenos de transporte inusuales, como los líquidos de espín, en los que los espines cuánticos permanecen desordenados incluso a bajas temperaturas, o el túnel de Klein, un fenómeno en el que partículas muy rápidas atraviesan barreras.
Con este estudio, los investigadores no solo presentan un nuevo método para producir películas de MOF conductoras para su integración en componentes electrónicos, sino que también posicionan a los MOFs como una opción viable en múltiples campos de aplicación. La combinación de síntesis automatizada, caracterización predictiva de materiales y modelado teórico abre nuevas perspectivas para el uso de los MOFs en la electrónica del futuro, abarcando desde sensores y materiales cuánticos hasta materiales funcionales diseñados con propiedades electrónicas ajustables.
