Cuando se agrupa un número de átomos, se forma un 'agregado' o 'clúster' cuyas propiedades cambian. Los agregados de silicio pueden adoptar configuraciones muy estables que se comportan como si fueran un solo átomo, es decir, un superátomo. "Si ensamblamos estos superátomos, se pueden construir materiales nuevos”, asegura Carlos Balbás, coordinador del Grupo de Propiedades Nanométricas de la Universidad de Valladolid, quien ha presentado aplicaciones en optoelectrónica y materiales fotovoltaicos.
Los superátomos de silicio pueden formar nanotubos. Además, se les puede agregar un metal de transición y cambiar sus propiedades eléctricas, lo que se denomina 'dopaje'. "Cuando el superátomo es de tipo anión (con carga eléctrica negativa, es decir, que le sobran electrones), se le dopa con un metal alcalino, como el potasio”, que tiene un solo electrón en su nivel energético más externo. Del mismo modo, cuando son cationes (con carga negativa, al perder electrones) se les dopa con un metal halógeno, que necesita un electrón más para completar su último nivel energético". Así lo explica Carlos Balbás, coordinador del Grupo de Propiedades Nanométricas de la Universidad de Valladolid.
Según recuerda el coordinador del grupo, según donde se coloquen las propiedades, los superátomos cambian mucho: “Modificando un poco el campo eléctrico, el bipolo cambia enormemente y es algo que podría tener aplicación en las baterías que llevan los ordenadores pequeños para que duren más, o en otros dispositivos que necesiten pilas de pequeño tamaño”.
No obstante, estas aplicaciones se encuentran aún en fase de investigación. En materia de optoelectrónica, la rama de la electrónica que se centra en la luz, la propiedad gap-LUMO es del orden de dos electrovoltios, la longitud de onda del espectro electromagnético visible en que funciona la óptica y, por tanto, “tendría aplicación como material optoelectrónico”.
Tal y como avanza el investigador, estos materiales están ya construidos a nivel experimental y se ha comprobado que tienen “ciertas propiedades”. Asimismo, se pueden realizar sólidos e incluso cristales estables con estos superátomos de silicio dopados.
Cálculos complejos
Para realizar el ensamblaje de agregados de silicio dopados con metales de transición se necesitan muchas horas de cálculo. Para determinar algunos datos se necesita hasta un mes y medio de trabajo de una CPU (Unidad Central de Proceso, por sus siglas en inglés). Así que el grupo ha creado el laboratorio Ciclon (Computer Intensive Calculation Laboratory of Nanosystems) donde tienen cuatro clusters de computadoras, con más de 80 unidades CPU cada uno para el cálculo intensivo.
El Grupo de Propiedades Nanométricas de la Materia, ubicado en el Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica de la Facultad de Ciencias, también trabaja en líquidos metálicos, nanomagnetismo y catálisis. Estas líneas tienen potenciales aplicaciones en electrónica molecular, aleaciones de metales líquidos en metalurgia y en reactores de fusión o nuevos catalizadores nanométricos (por ejemplo para la eliminación del óxido de nitrógeno en la combustión de hidrocarburos en automóviles).
Un equipo internacional de científicos, liderados desde el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, ha creado el primer imán duro de espesor atómico. El avance tiene aplicaciones potenciales en dispositivos tecnológicos que requieren un campo magnético definido, como las memorias RAM de los ordenadores.
En la interfaz entre dos capas rotadas de titanato de bario, con solo unos pocos átomos de espesor, aparecen propiedades que podrían revolucionar la ciencia de los materiales ferroeléctricos y ser útiles en la electrónica e informática del futuro. Los detalles los publican en Nature investigadores de la Universidad Complutense de Madrid.
