En 2004 se descubrió el grafeno, material a base de carbono que tiene la notable propiedad de tener una estructura de monocapa, es decir, sus átomos de carbono se disponen en un plano. Fue la primera sustancia bidimensional que se encontró.
El grafeno guarda una clara analogía con el grafito, que es un material formado por una serie de láminas apiladas unas sobre otras, como las hojas de un libro. Estas láminas quedan unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals. Es posible arrancar una de estas hojas, pero esa hoja ya no sería grafito, sino grafeno. La diferencia es importante, pues se ha comprobado que una sola hoja tiene propiedades muy diferentes a las del libro completo.
El descubrimiento del grafeno por exfoliación del grafito animó a los investigadores a buscar otros materiales bidimensionales y así fueron llegando varios carburos, oxicarburos, nitruros o calcogenuros 2D.
Pero al mismo tiempo se pensó en la estrategia inversa a la exfoliación para obtener nuevos materiales: apilar juntas de nuevo las hojas unas sobre otras, pero usando hojas de distintos materiales. Así es como se obtienen las llamadas heteroestructuras de Van der Waals
Este nuevo material consiste, pues, en un apilamiento de varias monocapas de materiales diferentes de espesor atómico. Podría, por ejemplo, tratar de superponerse grafeno con otros materiales 2D como el nitruro de boro hexagonal, el fluorografeno, el óxido de grafeno o los calcogenuros MoS2, WS2, MoSe2 o WSe2.
La técnica más habitual y efectiva por el momento para obtener estas heteroestructuras es la llamada deposición química de vapor, que ya era conocida en la industria de semiconductores para producir películas delgadas. Consiste en exponer un sustrato sólido a uno o más precursores volátiles que reaccionan o descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado.
El material que se obtiene al unir varias capas diferentes se mantiene unido por fuertes enlaces covalentes dentro de la misma capa y por fuerzas de Van der Waals más débiles entre las capas; de ahí el nombre de estos materiales, que tienen propiedades electrónicas específicas que se pueden usar en transistores de efecto de campo de túnel, dispositivos fotovoltaicos y ledes, entre otras aplicaciones.
Fuente de la imagen: A. Geim y I. Grigorieva. Nature 499, 419–425 (2013). doi.org/10.1038/nature12385.
