Serendipity tiene tanto lugar en la ciencia como en el amor.
Eso es lo que los físicos del noreste Swastik Kar y Srinivas Sridhar encontraron durante su proyecto de cuatro años para modificar el grafeno, un enrejado infinitamente delgado más fuerte que el acero de átomos de carbono fuertemente empaquetados. Financiado principalmente por el Laboratorio de Investigación del Ejército y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensao DARPA, los investigadores fueron acusados de imbuir el material de hace una década con sensibilidad térmica para su uso en dispositivos de imágenes infrarrojas, como gafas de visión nocturna para los militares.
Lo que descubrieron, publicado en la revista Avances científicos , fue mucho más: un material completamente nuevo hecho de boro, nitrógeno, carbono y oxígeno que muestra evidencia de propiedades magnéticas, ópticas y eléctricas, así como las propiedades térmicas solicitadas por DARPA. Sus aplicaciones potenciales abarcan toda la gama: desde conjuntos de 20 megapíxeles para cámaras de teléfonos celulares hasta detectores de fotos y transistores atómicamente delgados que, multiplicados por miles de millones, podrían alimentar computadoras.
"Teníamos que empezar desde cero y construir todo", dice Kar, profesor asistente de física en la Facultad de Ciencias. "Estábamos en un viaje, creando un nuevo camino, una nueva dirección de investigación".
El par estaba familiarizado con las "aleaciones", combinaciones controladas de elementos que dieron como resultado materiales con propiedades que superaron las del grafeno, por ejemplo, la adición de boro y nitrógeno al carbono del grafeno para connotar la conductividad necesaria para producir un aislante eléctrico. Peronadie había pensado en elegir oxígeno para agregar a la mezcla.
¿Qué llevó a los investigadores del noreste a hacerlo?
"Bueno, no elegimos oxígeno", dice Kar, sonriendo ampliamente. "El oxígeno nos eligió a nosotros"
El oxígeno, por supuesto, está en todas partes. De hecho, Kar y Sridhar pasaron mucho tiempo tratando de deshacerse del oxígeno que se filtraba en su infusión, preocupados de que contaminaría el material "puro" que estaban tratando de desarrollar.
"Ahí fue donde sucedió el momento ¡Ajá!", Dice Kar. "Nos dimos cuenta de que no podíamos ignorar el papel que juega el oxígeno en la forma en que estos elementos se mezclan".
"Entonces, en lugar de tratar de eliminar el oxígeno, pensamos: controlemos su introducción", agrega Sridhar, Profesor Distinguido de Física de Artes y Ciencias y director del Instituto de Investigación de Materiales Electrónicos de Northeastern.
Resultó que el oxígeno se comportaba en la cámara de reacción de una manera que los científicos nunca habían anticipado: estaba determinando cómo los otros elementos, el boro, el carbono y el nitrógeno, se combinaron en una forma sólida y cristalina, mientras queTambién se inserta en la red. Las cantidades traza de oxígeno estaban, metafóricamente, "grabando" algunos de los parches de carbono, explica Kar, dejando espacio para que el boro y el nitrógeno llenen los huecos.
"Era como si el oxígeno estuviera controlando la estructura geométrica", dice Sridhar.
Nombraron el nuevo material, sensiblemente, 2D-BNCO, que representa los cuatro elementos en la mezcla y la bidimensionalidad del material súper delgado y liviano, y se propusieron caracterizarlo y fabricarlo, para garantizar que fuera reproducible y escalableEso significaba investigar la miríada de permutaciones de los cuatro ingredientes, manteniendo tres constantes mientras variaba la medida del restante, y viceversa, varias veces.
Después de cada prueba, analizaron la estructura y las propiedades funcionales del producto - eléctrico, óptico - usando microscopios electrónicos y herramientas espectroscópicas, y colaboraron con físicos computacionales, quienes crearon modelos de las estructuras para ver si las configuraciones seríanfactible en el mundo real.
Luego examinarán las propiedades mecánicas del nuevo material y comenzarán a validar experimentalmente las magnéticas conferidas, sorprendentemente, por la mezcla de estos cuatro elementos no magnéticos. "Empiezas a ver muy rápidamente lo complicado que es ese proceso", dice Kar.
Ayudando con esa complejidad fueron colaboradores de todo el mundo. Además de los científicos de investigación asociados del noreste, becarios posdoctorales y estudiantes de posgrado, los contribuyentes incluyeron investigadores del gobierno, la industria y la academia de los Estados Unidos, México e India.
"Todavía hay un largo camino por recorrer, pero hay indicaciones claras de que podemos ajustar las propiedades eléctricas de estos materiales", dice Sridhar. "Y si encontramos la combinación correcta, muy probablemente llegaremos a ese punto dondealcanzar la sensibilidad térmica que DARPA buscaba inicialmente, así como muchas aplicaciones aún no previstas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del noreste . Original escrito por Thea Singer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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