disulfuro de molibdeno

Un pulso láser incide sobre una película delgada de MoS₂ y, en su interior, hierve una nube de electrones con exceso de energía.

Sobre la mesa hay un trozo de grafito cultivado a partir de gas, como una capa en la pared de un reactor. Normalmente, ese material no sirve para convertir calor en electricidad: en su interior, los electrones y los huecos corren en direcciones opuestas y se anulan mutuamente.

Una película transparente de óxido de bismuto y wolframio reposa sobre un sustrato sin conducir la corriente. Tres minutos en una nube de plasma de nitrógeno bastan para que se vuelva negra y su resistencia caiga mil millones de veces.

Un barco en una botella no se monta desde fuera, sino desde dentro: por el cuello estrecho se pasan mástiles y velas, y dentro del vidrio adoptan por sí solos la postura adecuada. Algo parecido hicieron los químicos con una molécula individual de cobaltoceno, que introdujeron en la rendija entre capas de un cristal bidimensional.

Una diminuta cápsula, parecida a una burbuja de jabón pero con una cubierta de cristales luminosos, se comporta como un láser. Mientras su pared está intacta, la luz viaja en círculo, se amplifica y sale en un haz estrecho y brillante. En cuanto la pared revienta, el haz se convierte en una mancha tenue.

Un interferómetro cuántico superconductor es un dispositivo que detecta campos magnéticos miles de millones de veces más débiles que la aguja de una brújula común. En su interior hay un puente estrecho donde la superconductividad se interrumpe por un instante.

Un haz de luz normalmente viaja en línea recta, pero se puede hacer que gire alrededor de su eje, como el agua que se arremolina al desaguar. Esta luz 'vortical' transporta más información y es necesaria para comunicaciones ultrarrápidas y computación cuántica. El problema es que antes se requerían grandes lentes, espejos y un ajuste preciso: toda una mesa óptica.

Imagina una casa con paredes de corcho que de repente se cubre de láminas de cobre, pero solo cuando llegan las heladas. Algo así le ocurre al compuesto FeSb₂ cuando se fabrica en forma de película de unos pocos átomos de espesor. En condiciones normales, es un aislante de banda estrecha: sus electrones permanecen firmemente en sus lugares, como espectadores en una sala abarrotada.

Un haz de láser débil incide sobre una diminuta estructura: una cavidad híbrida de metal y vidrio. Dentro está encerrada una única molécula luminosa. Normalmente, esa luz solo cambia ligeramente de color al dispersarse en las vibraciones térmicas de los átomos.

En un cristal bidimensional de diseleniuro de wolframio (WSe₂), la luz crea pares: un electrón y un hueco que permanecen unidos. Estos pares se denominan excitones. Entre ellos hay algunos "oscuros" que apenas emiten luz, pero son precisamente los que marcan la pauta a bajas temperaturas.

El cristal de uranio-arsénico (UAs2) bajo presión se comporta como una casa con dos habitaciones. En una habitación, los electrones están quietos; en la otra, deambulan libremente. En condiciones normales, es un clásico 'Kondo de red': electrones pesados, casi inmóviles, en los orbitales 5f5/2, rodeados por un mar de electrones de conducción rápidos.

Normalmente la luz no convierte un aislante en conductor: para eso se necesitan pulsos láser potentes que rompan la estructura del material. Pero en el grafeno bicapa retorcido en ángulo mágico todo es distinto.

Atrapar una molécula individual en un rayo de luz y casi detener su movimiento es una tarea similar a intentar sostener una pelusa en una corriente de viento. Una partícula demasiado caliente se escapa de la trampa, por lo que los físicos primero la calman con enfriamiento láser.

Dos capas de diseleniuro de wolframio —no de carbono, sino de un compuesto de wolframio y selenio— se giran una respecto a la otra un ángulo diminuto, de unos 5 grados. Surge un patrón de moiré: una red periódica aumentada donde los electrones se comportan de manera muy distinta a como lo hacen en un cristal ordinario.

El límite de un agujero negro es como el borde de una cascada: una vez que lo cruzas, no hay vuelta atrás. Pero a diferencia de una cascada, este límite puede ser muy frágil: basta un ligero empujón para que desaparezca.

El grafeno — un cristal bidimensional de carbono — ha tentado a los físicos durante mucho tiempo con la esperanza de una superconductividad a alta temperatura.

Imagina una capa multicapa donde las capas de metal y aislante se alternan como las hojas de un libro. Esta estructura puede hacer invisible a un observador el objeto escondido en su interior. La luz lo rodea, como el agua fluye suavemente alrededor de una piedra lisa: sin ondas ni salpicaduras, sin reflejos ni sombras.

Una película delgada de disulfuro de molibdeno, de menos de una micra de espesor, funciona como una minifábrica de pares de fotones integrada directamente en un conector de fibra óptica. La fibra óptica común no es solo un hilo de vidrio para internet.

Un interruptor que sabe por sí solo hacia dónde fluir. Así funciona un diodo de Josephson: un puente superconductor donde la corriente pasa con facilidad en un sentido y encuentra resistencia en el otro. En el nuevo trabajo, ese puente se fabricó con grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor.

Los electrones en un cristal recuerdan a los coches en las calles de una ciudad: unos circulan a toda velocidad por las avenidas, otros se quedan atascados en atascos. En algunas redes, el movimiento se congela por completo: la velocidad deja de depender de la energía y los electrones se vuelven «planos». No es un atasco, sino un ritmo especial de la red, donde las ondas se cancelan entre sí.

En las profundidades, en el manto ardiente, el hierro lleva una doble vida. Puede ser divalente o trivalente, como una moneda que cae de cara o de cruz. De qué lado predomine depende cuánto oxígeno quede en la capa rocosa del planeta y cuánto se vaya al núcleo.

Tejer a ganchillo, pero donde en lugar de hilo hay moléculas individuales y en lugar de ganchillo, una superficie de oro. Hasta ahora, los intentos de tejer con estas moléculas una tela uniforme terminaban en un caos: los hilos se enganchaban donde no debían y el patrón se desordenaba. Un grupo de científicos ha encontrado la manera de resolver este problema.

Dos láminas finísimas, cada una de un solo átomo de grosor, se colocan una sobre otra y se giran ligeramente. Como dos hojas de papel de calco de colores: mientras están alineadas, la imagen es una, pero en cuanto se gira una, aparece un patrón muaré. Aquí, claro, el patrón no se ve a simple vista, pero cambia por completo la forma en que el material interactúa con la luz.

Dos láminas finísimas, parecidas a la mica, yacen una sobre otra. Una se desplaza una fracción de nanómetro — y un modesto semiconductor se convierte en un imán. Así funcionan aproximadamente los materiales que investigaron los autores: compuestos laminares de niobio y tantalio con azufre o selenio.

Dos láminas de semiconductor tan finas como papel se superponen y se giran ligeramente, unos tres o cuatro grados. Las redes atómicas no coinciden y aparece un patrón grande: el muaré, parecido a la ondulación de dos tablas de lavar desplazadas un pequeño ángulo. En este patrón, los electrones se mueven de manera muy distinta a como lo hacen en un cristal normal.

Un pastel en capas de planos atómicos de níquel y oxígeno: así están hechos los niquelatos de doble capa. En ellos, dos de estos planos están separados por una interlámina. Si en esa interlámina se encuentra un átomo de oxígeno, actúa como un puente: conecta las capas y activa un estado en el que los electrones se mueven sin resistencia.

Dentro de un superconductor, el campo magnético suele enrollarse en tubos: vórtices, cada uno de los cuales transporta un cuanto de flujo magnético. Así está construida la red clásica de Abrikósov. Pero en los cristales de LiFeAs el panorama es diferente.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono con el grosor de un solo átomo. Si se apilan varias de estas láminas con un desplazamiento especial, se obtiene un material con propiedades inusuales: puede ser un imán o un superconductor, dependiendo de cómo se le aplique un estímulo.

Dos hojas de papel apiladas, al calentarse, comienzan a deslizarse imperceptiblemente una sobre otra. Algo así ocurre con las capas de disulfuro de molibdeno, un material de un átomo de espesor. A temperatura ambiente, se deslizan espontáneamente a una velocidad de aproximadamente un metro por segundo.

Una lámina de ditelururo de tungsteno de un átomo de grosor se parece a un papel de aluminio fino: los electrones no la atraviesan porque entre sus estados posibles hay una banda prohibida, como una zanja que no se puede saltar. Añade dos capas más, y la zanja desaparece: el material se vuelve metálico y la corriente fluye.

El brillo de un «sándwich» ultrafino formado por dos capas semiconductoras — seleniuro de molibdeno y seleniuro de wolframio — se parece a una partitura enmarañada: muchas líneas de color estrechas que se funden en un fondo común. Es casi imposible distinguir de dónde proviene cada línea. Los autores del trabajo no se dedicaron a separar las líneas una por una.

Una hoja de papel casi no pesa nada, pero si apilas cien hojas, obtienes un bloque notable. Algo similar hicieron con un material que es excelente para convertir un color de luz en otro, pero solo cuando tiene el espesor de un átomo. Una sola capa es como una hoja: funciona de maravilla, pero es demasiado delgada para producir mucha luz.

Un superconductor es un material que, al enfriarse fuertemente, pierde su resistencia eléctrica: la corriente fluye sin pérdidas. Los científicos tomaron un cristal laminar de PdTe2, parecido a una pila de hojas de papel, y lo enfriaron por debajo de 1,8 kelvin (aproximadamente -271 °C). En esas condiciones, el PdTe2 se vuelve superconductor.

Frotar un peine contra lana produce una chispa. Un principio similar funciona en los nanogeneradores triboeléctricos, dispositivos que convierten el contacto mecánico en electricidad. El problema es que los materiales comunes generan una carga débil.

Un transistor normal de un teléfono se crea en una cámara de vacío, donde los átomos se depositan capa a capa. Es caro y lento. Pero el óxido de indio se puede imprimir como tinta: a partir de una gota de metal líquido que, al aire, se cubre sola con una fina película de óxido. Los autores tomaron indio, lo fundieron y lo extendieron sobre un sustrato a 250 grados.

Una película fina de jabón en la mano se adapta a la forma de la palma, pero si aprietas los dedos, la tensión cambia de manera desigual. Algo similar ocurre con una monocapa de disulfuro de molibdeno sobre un sustrato de grafito.

Una lámina de grafeno, una red de carbono de un átomo de espesor, bajo el haz de un láser potente se comporta como una carretera en la que de repente aparece una barrera. Los electrones, que antes corrían libremente por el material, se topan con una banda prohibida: un intervalo de energías que no pueden saltar.

Dos láminas de grafeno —una película de carbono de un átomo de espesor— sin giro recuerdan a un puerto atestado de bancos de arena: los iones de litio o encallan o pasan de largo sin detenerse. Pero un giro de 9,43° abre un canal perfecto. Los barcos-ión atracan con seguridad en los «muelles» de carbono y zarpan de inmediato sin perder velocidad.

Un superconductor es un material que conduce corriente sin pérdidas, pero solo a temperaturas muy bajas. Sobre dicho material se colocó una película de sustancia magnética de un átomo de grosor.

Una lámina de grafeno de un átomo de espesor es como una malla metálica flexible por la que los electrones se mueven casi sin obstáculos. Apila dos de estas láminas con un ligero desplazamiento y las propiedades del material cambian drásticamente: puede convertirse en un aislante que no conduce la corriente.