El equipo de investigadores de Jena recibe el Premio de Investigación de Turingia

Los ganadores del Premio a la Investigación de Turingia: Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Falk Eilenberger, Dr. Antony George y Dr. Christof Neumann (de izquierda a derecha) © Nicole Nerger | Universidad de Jena / Los ganadores del «Premio a la Investigación de Turingia»: Prof. Andrey Turchanin, Dr. Falk Eilenberger, Dr. Antony George y Dr. Christof Neumann (de izquierda a derecha) © Nicole Nerger | Universidad de Jena

Cuando las capas atómicas cambian, los materiales 2D modifican sus propiedades de manera drástica. © Nicole Nerger | Universidad de Jena / Como capas atómicas, los materiales 2D cambian sus propiedades de manera drástica. © Nicole Nerger | Universidad de Jena

El proceso desarrollado permite una fabricación compatible con la industria y escalable de materiales 2D personalizados. © Nicole Nerger | Universidad de Jena / The developed process enables industry-compatible and scalable production of customized 2D materials © Nicole Nerger | Universidad de Jena

Materiales 2D © Universidad de Jena / 2D materials © Universidad de Jena

Para la investigación en materiales 2D a medida, un equipo de cuatro científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y del Instituto Fraunhofer para Óptica Aplicada y Mecánica de Precisión IOF fue galardonado con el Premio de Investigación de Turingia. La distinción por logros científicos destacados en la categoría »Investigación aplicada« fue entregada hoy en la Universidad Tecnológica de Ilmenau y está dotada con 25.000 euros.

Cien mil veces más delgado que un cabello, más resistente que el acero y mediador eficiente entre luz y electricidad: los llamados materiales 2D son una clase de materiales en rápido desarrollo con propiedades únicas y gran potencial de aplicación.

Por su investigación en estos materiales 2D, científicos de la Universidad de Jena y del Instituto Fraunhofer IOF han sido galardonados con el Premio de Investigación de Turingia. La distinción en la categoría »Investigación aplicada«, dotada con 25.000 euros, fue entregada el 18 de junio en la TU Ilmenau. Los galardonados — Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Antony George, Dr. Christof Neumann y Dr. Falk Eilenberger (Fraunhofer IOF) — han desarrollado una serie de métodos innovadores para fabricar y hacer utilizables materiales 2D a medida para aplicaciones fotónicas, electrónicas y optoelectrónicas.

Un toque de nada

Los materiales 2D investigados representan una nueva clase de materiales que consisten en una o pocas capas atómicas — un toque de nada. Lo especial de ellos: cambian drásticamente sus propiedades en comparación con los materiales tridimensionales originales. Un material nanométrico conocido es el grafeno. Un material 2D que se obtiene aislando capas de grafito de solo unos nanómetros de grosor. En su forma atómica, es mucho más resistente y conductor que el grafito original, que conocemos, por ejemplo, de los lápices tradicionales.

En el Fraunhofer IOF, Falk Eilenberger, jefe del departamento de Óptica Micro y Nan Estructurada, ha investigado y caracterizado, entre otros, la clase de materiales relacionados de los dichalcogenuros de metales de transición, brevemente TMDs. Los TMDs aparecen en su forma tridimensional solo como semiconductores indirectos, lo que limitaba sus posibles aplicaciones. Sin embargo, como material 2D, la sustancia se transforma en un semiconductor directo, que puede convertir eficientemente electricidad en luz y viceversa.

Fabricación escalable abre nuevos potenciales de aplicación

Hasta ahora, los materiales 2D se obtenían mediante »desgaste« de cristales tridimensionales. Similar a quitar una huella digital con cinta adhesiva, se eliminan capa por capa los cristales. Un proceso laborioso e inadecuado para la industria, que limitaba las posibilidades de aplicación de estos materiales.

Los investigadores de Jena se han centrado en un método que permite la fabricación industrial compatible de materiales 2D a medida. Para ello, utilizan la deposición en fase gaseosa, en la que el cristal crece sobre una placa de silicio o vidrio como una alfombra — una alfombra nanométrica de grosor.

»Gracias a este nuevo método, pudimos no solo producir de manera eficiente los materiales 2D, sino también hacer que crezcan de forma escalable como componentes funcionales en componentes ópticos«, explica el Dr. Eilenberger. »De esta forma, podemos, entre otras cosas, integrar materiales TMD en fibras ópticas, lo que nos abre una serie de nuevas posibilidades de aplicación.«

El LED más pequeño del mundo probablemente

Mediante la incorporación de TMD, las fibras ópticas y los chips fotónicos pueden ser funcionalizados para que no solo transmitan luz pasivamente, sino que también la generen, modifiquen o detecten: una plataforma ideal para, por ejemplo, realizar tareas clásicas de chips de computadora de manera eficiente en energía mediante fotónica en el futuro. El equipo de investigación también logró funcionalizar el material 2D como diodo y, así, desarrollar el LED más pequeño del mundo.

La integración de estos nanomateriales permite, por primera vez, la fabricación de componentes electrónicos, fotónicos y optoelectrónicos que son simultáneamente extremadamente pequeños y potentes. La eficiente conversión entre electricidad y luz hace que los materiales 2D sean interesantes para aplicaciones en transmisión de datos, tecnología de cámaras o sistemas de iluminación. Además, se pueden integrar perfectamente con semiconductores existentes, abriendo nuevos caminos en la tecnología de semiconductores.

La luz generada también puede presentar propiedades cuánticas inusuales. Esto la hace adecuada no solo para el transporte clásico de datos, sino también para el encriptado cuántico. Los componentes ópticos cargados con TMD podrán contribuir en el futuro a la seguridad cuántica de redes de comunicación de datos.

Combinación única en Turingia

El Dr. Eilenberger destaca el entorno de investigación especial en Turingia como clave para el éxito del proyecto: »Contamos con una situación única en la región, que ha sido fundamental para el éxito de nuestro trabajo«, dice, refiriéndose a la distinción. »En Turingia y especialmente en Jena, el conocimiento en fotónica se combina con equipamiento científico excelente — tanto en personal como en tecnología — y con empresas dispuestas a asumir riesgos, que no temen a proyectos innovadores«, explica Falk Eilenberger en reconocimiento a su colaboración con los colegas Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Antony George y Dr. Christof Neumann de la Universidad de Jena.

Desde 1995, el Premio de Investigación de Turingia honra anualmente los logros científicos destacados de las universidades y centros de investigación no universitarios en Turingia. Los logros de investigación más destacados de individuos o grupos de investigación en las categorías de investigación básica y aplicada son premiados con un total de 25.000 € y el premio de investigación. El Premio de Investigación de Turingia fue entregado el 18 de junio de 2024 en la Universidad Tecnológica de Ilmenau.