El disseny de materials de nova generació suposa un gran repte, ja que cada cop més es disminueix la mida dels dispositius i això afegeix noves complicacions. En funció del gruix de les capes amb les quals s'elaboren aquests dispositius, el comportament dels electrons que es mouen dins d'ells varia. Per això, a més de crear materials de mida cada cop més reduïda, la comunitat científica busca que siguin més estables i reproduïbles a gran escala.
Fins ara, el procediment per a fabricar aquests materials era totalment artesanal i té diversos problemes com ara controlar que les capes apilades estiguin perfectament alineades (fins a l'últim àtom) i evitar que residus atmosfèrics puguin quedar atrapats durant el procés d'apilament, empitjorant així el seu funcionament i dificultant la seva reproductibilitat.
Ara científics de l'IMDEA Nanociencia, la Universitat Autònoma de Madrid, el Sincrotró ALBA i la Universitat Tecnològica de Delft han descobert en la franckeïta (Pb5Sn3Sb2S14), un mineral clàssic de la família de les sulfosals, la possibilitat de generar aquests materials de forma natural.
Els resultats, publicats recentment a Nature Communications, evidencien a més alguns avantatges d'aquest mineral respecte a la fabricació al laboratori: l'alineament és pràcticament perfecte i no hi ha residus atrapats entre les capes.
El seu potencial recau en la fabricació de fotodetectors i cel·les solars capaços d'operar a l'infraroig. Aquests dispositius són molt interessants per a aplicacions com càmeres de visió nocturna o sensors per a les telecomunicacions.
Vida més enllà del grafè
El 2004 André Geim i Konstantin Novoselov van demostrar que era possible separar capes de grafè d'un sol àtom de gruix amb l'única ajuda de cinta adhesiva. Des de llavors, la comunitat científica ha dedicat grans esforços en provar el grafè com a semiconductor o bé en desenvolupar nous materials ultraprims o bidimensionals, que comparteixen algunes de les seves propietats però que a més són semiconductors.
Emprant procediments similars als utilitzats amb el grafè, els investigadors han pogut aïllar i exfoliar làmines utraprimes d'uns pocs àtoms de gruix a partir d'un cristall natural de franckeïta. A més, ha sigut possible exfoliar químicament aquest mineral, obtenint suspensions del mateix en dissolvent, fet que permetria la seva fabricació a gran escala.
Utilitzant el microscopi electrònic de fotoemissió de la línia de llum CIRCE, al Sincrotró ALBA, han analitzat la composició química de les diferents capes i han comprovat que són molt homogènies, fet que els hi confereix una gran qualitat.
A) Mostra de franckeïta. Esquerra: mineral en volum; centre: material en pols; dreta: suspensió de franckeïta en un dissolvent. B) Espectres de fotoemissió de les diferents espècies químiques en mostres micromètriques de franckeïta. C) Imatge de microscòpia de forces atòmiques del dispositiu analitzat. D) Característiques corrent-voltatge d'un dispositiu amb franckeïta.
El Sincrotró ALBA
L’ALBA es una instal·lació nacional amb dimensió internacional, ja sigui pels seus usuaris acadèmics i industrials o pel seu personal. Es tracta d’un complex d’acceleradors d’electrons que té per objectiu produir llum de sincrotró per visualitzar i analitzar la matèria i les seves propietats a nivell atòmic i molecular.
Aquesta infraestructura científic-tècnica singular (ICTS), en funcionament des de maig de 2012, genera unes 6.000 hores de llum de sincrotró a l’any i està a disposició de la comunitat científica i del teixit empresarial, amb capacitat de donar servei a més de 1.300 investigadors a l’any, en diferents àmbits científics: física, química, ciències de la vida, ciència de materials, patrimoni cultural, biologia, nanotecnologia,....
