Molibdeno: el pariente "metálico" del grafeno

Los investigadores crearon el nuevo material 2D utilizando un microondas

25.09.2023
Sahu, T.K., Kumar, N., Chahal, S. et al., Nat. Nanotechnol. (2023), https://doi.org/10.1038/s41565-023-01484-2 (CC BY 4.0)

Imagen de microscopio electrónico de alta resolución de la superficie de molibdeno.

Los materiales bidimensionales como el grafeno presentan propiedades fascinantes como la superconductividad, una resistencia extraordinaria y fenómenos cuánticos exóticos. Científicos del Forschungszentrum Jülich, junto con socios del Instituto Indio de Tecnología de Patna y la Universidad australiana de Newcastle, han creado ahora un material especial de este tipo que exhibe un carácter metálico. Consta de una sola capa atómica de átomos de molibdeno y también se denomina "molibdeno".

Los científicos lograron producir una fina lámina del metal molibdeno, que sólo tiene una capa atómica de espesor. El nuevo material es tan fino como el grafeno, probablemente el material 2D más conocido. Este último está formado por carbono y se aisló por primera vez en 2004. El descubrimiento despertó gran interés porque el grafeno conduce la electricidad y el calor mucho mejor que el cobre y es cien veces más estable que el acero. Al mismo tiempo, es excepcionalmente ligero y flexible. Debido a su especial estructura 2D, el grafeno también presenta algunos efectos electromagnéticos inusuales que podrían permitir innovaciones revolucionarias en el campo de la tecnología cuántica.

En los últimos años se han introducido otros materiales 2D, como el fosforeno o el germaneno. Al igual que el molibdeno, presentan algunas propiedades impresionantes, si bien este último aún difiere de otros materiales 2D en algunos aspectos. "Muchos materiales 2D son sensibles al calor, pero el molibdeno no lo es. Además, se trata del primer material 2D metálico en el que se han podido preparar capas independientes", explica el profesor Ilia Valov, del Instituto Peter Grünberg (PGI-7) del Forschungszentrum Jülich.

Los investigadores crearon el nuevo material 2D utilizando un microondas, en el que calentaron hasta la incandescencia una mezcla de sulfuro de molibdeno (MoS2) y grafeno a una temperatura de unos 3000 grados centígrados. En una reacción impulsada por el campo eléctrico de las microondas, se formaron estructuras capilares finamente ramificadas en las que se encuentran las capas cónicas de molibdeno. También se formaron estructuras capilares finamente ramificadas en las que se pueden encontrar las capas cónicas de molibdeno.

En las primeras pruebas, los científicos ya pudieron observar diversas propiedades útiles. "El molibdeno es mecánicamente muy estable. Podría utilizarse, por ejemplo, como recubrimiento de electrodos para hacer baterías aún más potentes y robustas", explica Ilia Valov. Los investigadores esperan que el material tenga además propiedades electrónicas exóticas, similares a las del grafeno, debido a su especial estructura 2D. Debido a su carácter metálico, también tiene electrones que se mueven libremente. Estos se acumulan en las dos caras laterales del molibdeno, lo que convierte al material en un interesante candidato a catalizador para acelerar reacciones químicas.

En colaboración con el Instituto Indio de Tecnología de Patna y la Universidad australiana de Newcastle, los investigadores ya han podido desarrollar una aplicación científica práctica del molibdeno. Gracias a su estabilidad y excelente conductividad eléctrica y térmica, resulta ideal como punta de medición para microscopía de fuerza atómica (AFM) y espectroscopía RAMAN mejorada en superficie (SERS). Los primeros registros de muestras demuestran que el molibdeno ofrece varias ventajas sobre los materiales de punta habituales y, debido a su forma delgada y plana, es capaz de proporcionar una protección especialmente buena contra las señales de interferencia no deseadas.

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