Desentrañar el comportamiento de materiales extraordinarios

El grafeno, con un solo átomo de espesor, es el material más delgado que se conoce. Es increíblemente resistente y tiene otras propiedades extraordinarias que podrían revolucionar desde la electrónica hasta la energía fotovoltaica y la medicina. Menos estudiado que el grafeno, el h-BN es otro material bidimensional que también recibe gran atención por tratarse igualmente de una película existente en estado libre con un solo átomo de espesor.

En el proyecto financiado con fondos europeos MESCD, un grupo de científicos llevó a cabo una investigación teórica sobre distintas propiedades de estos dos materiales. Para ello utilizaron métodos basados en la teoría del funcional de la densidad, modelización atomística a gran escala, la teoría de la elasticidad y simulaciones de dinámica molecular.

Investigaron mecanismos tanto básicos como avanzados de distribución de deformaciones resultantes de tensiones triaxiales no uniformes para después estudiar la sintonización de banda prohibida de los materiales. La investigación se centró asimismo en la polarización electrónica de monocapas y multicapas de grafeno y escamas de h-BN. Las simulaciones del grafeno hidrogenado revelaron que su comportamiento de ondulado térmico es completamente diferente al que presentan el grafeno y el h-BN.

Otro foco de interés fueron las propiedades de fusión de las escamas de grafeno y el grafeno fluorado. Los investigadores obtuvieron el diagrama termodinámico de fases correspondiente a grafeno fluorado, en el que la proporción entre átomos de carbono y flúor resultó ser una variable importante.

Partiendo de la teoría de la elasticidad, los investigadores ofrecieron una explicación a la frecuencia de vibración extremadamente baja del grafeno libre cuando interactúa con la punta de un microscopio de efecto túnel. Por último, estudiaron la energía de van der Waals almacenada entre la capa de grafeno y el sustrato h-BN.

Con los estudios realizados, el proyecto MESCD representa un hito importante hacia la comprensión del extraordinario comportamiento de estos cristales bidimensionales de un solo átomo de espesor. Los hallazgos del proyecto se han publicado en revistas científicas arbitradas.