De grafito, grafeno. De antimonio,…

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), el Instituto de Física de la Materia Condensada (IFIMAC) y el IMDEA Nanociencia han conseguido aislar por primera vez un material bidimensional denominado antimoneno, un nuevo alótropo del antimonio formado por una lámina de un átomo de espesor. Hasta la fecha tan sólo se habían aislado de forma micromecánica dos variedades alotrópicas bidimensionales formadas por un solo elemento: el grafeno y el fosforeno. El trabajo demuestra la estabilidad del antimoneno en condiciones ambiente e incluso sumergido en agua. Numerosos cálculos teóricos previos, así como los nuevos realizados en este mismo trabajo (en los que se simulan condiciones atmosféricas), predicen la existencia de un gap electrónico que indicaría que este nuevo material sería adecuado para aplicaciones electrónicas. Estos resultados abren la puerta a un nuevo campo de estudio en antimoneno, probablemente uno de los miembros más atractivos de la comunidad de materiales bidimensionales.

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Imagen de una lámina de antimonio de pocas capas obtenida mediante microscopía de fuerzas atómicas. La terraza inferior, de tono más oscuro, corresponde a una lámina de antimoneno (de un átomo de espesor). El entorno húmedo que se ha añadido representa la estabilidad de este material a las condiciones ambiente. Contraportada en Advanced Materials. Pablo Ares, UAM.

El extraordinario éxito del grafeno y sus numerosas potenciales aplicaciones han originado la aparición de una nueva familia de materiales bidimensionales. Pero a pesar de sus muchas virtudes, el grafeno también tiene algunos inconvenientes. Uno de ellos es que no tiene gap electrónico, característico de los materiales semiconductores, lo que limita su uso en algunas aplicaciones electrónicas. Los dicalcogenuros de metales de transición, compuestos formados por un metal de transición y azufre o selenio, sí presentan gap en sus formas bidimensionales, pero en un rango inapropiado para algunas aplicaciones optoelectrónicas.

Otro material que está generando muchas expectativas en su forma bidimensional es el fósforo negro (una variedad laminar del fósforo), ya que presenta un valor de gap adecuado para estas aplicaciones. Sin embargo, el fósforo negro manifiesta una gran reactividad en condiciones ambientales. Las láminas de este material son muy higroscópicas, es decir, tienden a absorber agua de la humedad del aire. El contacto con el agua absorbida degrada el fósforo negro, cambiando sus propiedades tanto morfológicas como eléctricas en periodos de tan sólo unas pocas horas.

El antimonio, elemento que se encuentra situado por debajo del fósforo en el mismo grupo del sistema periódico, no resulta ser higroscópico en su forma más habitual, presenta un tono brillante gris-plateado con una estructura laminar con similitudes a la del fósforo negro. Estudios teóricos apuntan a que el antimoneno posee una estructura electrónica con un gap que también es parecido al del fósforo negro. Lo que han conseguido los investigadores de la UAM es aislar láminas de antimonio de unos pocos átomos de espesor, llegando incluso hasta láminas de una sola capa atómica, y comprobar su estabilidad en condiciones ambiente durante periodos de meses. A su vez, sus cálculos teóricos, en que se imitan estas condiciones, apuntan a un gap deseable para aplicaciones optoelectrónicas. Todo esto hace del antimoneno un candidato muy atractivo para futuros dispositivos electrónicos.

Referencia bibliográfica:

Pablo Ares, Fernando Aguilar-Galindo, David Rodríguez-San-Miguel, Diego A. Aldave, Sergio Díaz-Tendero, Manuel Alcamí, Fernando Martín, Julio Gómez-Herrero y Félix Zamora. Mechanical Isolation of Highly Stable Antimonene under Ambient Conditions. Advanced Materials. 2016. DOI: 10.1002/adma.201602128