Metales 2d: ¡un "ataque de reducción dimensional" en la ciencia de los materiales!

El grosor de un metal 2D es simplemente 1 ångström (0.1 nanómetro), equivalente a un millonésimo el grosor de un papel A4 estándar. Si un cubo de metal de 3 metros de largo se comprimiera en una sola capa atómica, su área sería suficiente para cubrir toda la ciudad de Beijing. Esta delgadez extrema causa cambios drásticos en las propiedades físicas de los metales—Por ejemplo, el bismuto monocapa exhibe una conductividad eléctrica más de 10 veces mayor que su contraparte a granel, y su resistencia se puede ajustar a través de campos eléctricos, ofreciendo un enfoque novedoso para los chips de potencia ultra baja.

Durante más de un siglo, los científicos creían ampliamente que los metales no podían hacerse bidimensionales. Esto se debe a que los átomos de metal están unidos por fuertes enlaces metálicos, mientras que los materiales 2D tradicionales (como el grafeno) dependen de las fuerzas débiles de Van der Waals entre las capas, lo que les permite despegarse fácilmente como una pila de panqueques. Sin embargo, los metales se parecen a "galletas comprimidas", lo que hace que sea casi imposible aislar una sola capa. Este punto muerto solo se rompió cuando un equipo de investigación chino inventó la "técnica de extrusión de van der Waals".

La tecnología central: el secreto del "rodillo" atómico

1. ¿Cómo comprimir el metal en una lámina atómica?
   El avance del equipo se encuentra en la "Técnica de extrusión de van der Waals":

   • Paso 1:  Calienta el metal hasta que se funden, transformándolo en una "masa" atómica fluida.

   • Paso 2:  Use el disulfuro de molibdeno monocapa (MOS₂) como un "pasador nano rodante", intercalando y extruyendo el metal fundido desde arriba y abajo.

   • Paso 3:  Después del enfriamiento, se obtiene una sola capa atómica de metal. Luego se encapsula con MOS₂ para protección contra la oxidación y degradación.
     Mos₂, con su punto de fusión excediendo 2692°C y excelente estabilidad química, actúa como un "yunque final" ideal.

Los materiales 2D anteriores eran altamente susceptibles a la oxidación y la degradación. Sin embargo, la tecnología de encapsulación del equipo chino permite que los metales 2D permanezcan estables en el aire ambiente durante más de un año sin degradación del rendimiento. Esto significa que ya no son frágiles de "flores de casa caliente" confinadas al laboratorio, sino materiales listos para aplicaciones del mundo real.

Perspectivas de la aplicación: una revolución tecnológica de dominio cruzado

1. Electrónica: un "cambio de juego" para la industria de los chips
   La naturaleza ultra delgada de los metales 2D puede reducir drásticamente el tamaño del transistor y el consumo de energía. Por ejemplo, usarlos para interconexiones de circuito podría empujar más allá de los límites físicos de los procesos de fabricación tradicionales, lo que puede permitir máquinas de litografía de 28 nm producir chips con rendimiento que se acerca a los nodos de 5 nm. También se anticipan avances en dispositivos de comunicación de alta frecuencia y pantallas flexibles transparentes.

2. Tecnología cuántica: abrir una "nueva puerta" al mundo microscópico
   Cuando los metales se reducen a solo unas pocas capas atómicas, los efectos cuánticos dominan sus propiedades. Los metales 2D se convertirán en una plataforma principal para estudiar los efectos de la sala cuántica, la superconductividad y las transiciones de fase topológica, acelerando potencialmente la realización práctica de las computadoras cuánticas.

3. Energía & Catálisis: un "motor verde" para aumentar la eficiencia
   La inmensa superficie de los metales 2D podría aumentar la eficiencia de la reacción catalítica por decenas de tiempos. Las aplicaciones futuras incluyen células solares, catalizadores de evolución de hidrógeno y dispositivos de conversión de Co₂. Más notablemente, un techo de automóvil cubierto con una película de metal 2D podría potencialmente alimentar el vehículo durante mil kilómetros después de solo dos horas de exposición a la luz solar.

4. Militar & Aeroespacial: "Actualizaciones de ciencia ficción" para equipo de soldado
   Imagine las baterías de los soldados que se encogen de los trajes de tamaño de una maleta a del tamaño de un vendaje, o los trajes de exoesqueleto se vuelven tan livianos como las chaquetas, pero permiten a los humanos superar a los guepardos ... Estos escenarios ya no son sueños lejanos.

Revisores en la revista  Naturaleza  Aclamó este logro como "pionero en el campo de los metales 2d" y "un avance histórico en la ciencia de los materiales". Lo que más asombró a la comunidad científica internacional es que, si bien los avances anteriores en materiales 2D (como el descubrimiento de Graphene por parte de un equipo del Reino Unido) fueron liderados en gran medida por Europa y los Estados Unidos, el avance en los metales 2D es el primero en soportar claramente la etiqueta "Made in China".