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2021-05-26El avance de los materiales permite la twistrónica para los sistemas a granel

MIT |Los hallazgos de SMART permiten una nueva forma de controlar la emisión de luz de los materiales.

Investigadores del grupo de investigación interdisciplinar de Sistemas Electrónicos de Baja Energía (LEES) de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART), la empresa de investigación del MIT en Singapur, junto con el MIT y la Universidad Nacional de Singapur (NUS), han descubierto una nueva forma de controlar la emisión de luz de los materiales.

El control de las propiedades de los materiales ha sido el motor de muchas tecnologías modernas, desde los paneles solares hasta los ordenadores, los vehículos inteligentes y los equipos hospitalarios que salvan vidas. Pero las propiedades de los materiales se han ajustado tradicionalmente en función de su composición, estructura y, a veces, tamaño, y la mayoría de los dispositivos prácticos que producen o generan luz utilizan capas de materiales de diferentes composiciones que a menudo pueden ser difíciles de cultivar.

El avance de los investigadores de SMART y sus colaboradores ofrece un nuevo enfoque que cambia el paradigma para ajustar las propiedades ópticas de materiales tecnológicamente relevantes cambiando el ángulo de torsión entre las películas apiladas, a temperatura ambiente. Sus hallazgos podrían tener un enorme impacto en diversas aplicaciones en los campos de la medicina, la biología y la información cuántica. El equipo explica su investigación en un artículo titulado "Tunable Optical Properties of Thin Films Controlled by the Interface Twist Angle", publicado recientemente en Nano Letters.

"Recientemente se han descubierto varios fenómenos físicos nuevos, como la superconductividad no convencional, al apilar capas individuales de materiales atómicamente finos unas sobre otras con un ángulo de torsión, lo que da lugar a la formación de lo que llamamos superredes de moiré", afirma la autora correspondiente del artículo, la profesora Silvija Gradecak, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la NUS e investigadora principal de SMART LEES. "Los métodos existentes se centran en el apilamiento de monocapas individuales delgadas de película, lo que resulta laborioso, mientras que nuestro descubrimiento sería aplicable también a las películas gruesas, lo que haría mucho más eficiente el proceso de descubrimiento de materiales".

Su investigación también puede ser significativa para el desarrollo de la física fundamental en el campo de la "twistrónica", es decir, el estudio de cómo el ángulo entre capas de materiales bidimensionales puede cambiar sus propiedades eléctricas. Gradecak señala que el campo se ha centrado hasta ahora en el apilamiento de monocapas individuales, lo que requiere una exfoliación cuidadosa y puede sufrir la relajación del estado de torsión, lo que limita sus aplicaciones prácticas. El descubrimiento del equipo podría hacer que este innovador fenómeno relacionado con la torsión se aplique también a los sistemas de láminas gruesas, que son fáciles de manipular y tienen relevancia industrial.

"Nuestros experimentos han demostrado que los mismos fenómenos que conducen a la formación de superredes de muaré en sistemas bidimensionales pueden traducirse en el ajuste de las propiedades ópticas del nitruro de boro hexagonal (hBN) tridimensional, incluso a temperatura ambiente", afirma Hae Yeon Lee, autora principal del artículo y candidata al doctorado en ciencia e ingeniería de materiales en el MIT. "Descubrimos que tanto la intensidad como el color de las películas de hBN apiladas y gruesas pueden ajustarse continuamente mediante sus ángulos de torsión relativos y su intensidad se incrementa en más de 40 veces".

Los resultados de la investigación abren una nueva vía para controlar las propiedades ópticas de las películas finas más allá de las estructuras utilizadas convencionalmente, especialmente para aplicaciones en medicina y tecnologías medioambientales o de la información.

La investigación la lleva a cabo SMART y cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) de Singapur en el marco de su programa Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).

El LEES está creando nuevas tecnologías de circuitos integrados que dan lugar a una mayor funcionalidad, un menor consumo de energía y un mayor rendimiento de los sistemas electrónicos. Estos circuitos integrados del futuro repercutirán en aplicaciones de comunicaciones inalámbricas y electrónica de potencia, iluminación LED y pantallas. El LEES cuenta con un equipo de investigación integrado verticalmente que posee experiencia en materiales, dispositivos y circuitos, y que está formado por múltiples personas con experiencia profesional en la industria de los semiconductores. Esto garantiza que la investigación esté orientada a satisfacer las necesidades de la industria de los semiconductores tanto en Singapur como en el resto del mundo.

SMART fue creado por el MIT en colaboración con la NRF en 2007. SMART es la primera entidad de CREATE. SMART sirve como centro intelectual y de innovación para proyectos de investigación de vanguardia en áreas de interés tanto para Singapur como para el MIT. Actualmente comprende un Centro de Innovación y cinco grupos de investigación interdisciplinarios: Resistencia Antimicrobiana, Análisis Crítico para la Fabricación de Medicina Personalizada, Tecnologías Disruptivas y Sostenibles para la Precisión Agrícola, Movilidad Urbana del Futuro y LEES.

La investigación de SMART está financiada por el NRF en el marco del programa CREATE.

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