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En este estudio, un equipo investigador formado por integrantes del CSIC y la UAM ha publicado un nuevo método para controlar la resistividad resultante en la fabricación de láminas delgadas de ditelururo de tungsteno (WTe₂). El trabajo ha sido publicado en la revista “Surfaces and Interfaces” y se engloba dentro del proyecto ULS_PSB (PID2020-112770RB-C21 y  PID2020-112770RB-C22).

El ditelururo de tungsteno (WTe₂), como muchos materiales 2D, ha despertado un gran interés debido a sus propiedades electrónicas únicas, como una magnetorresistencia extremadamente alta y sin saturación, superconductividad inducida por presión, poder ser uno de los componentes que formen parte del futuro Transistor de Efecto de Campo de Túnel y su potencial para diversas aplicaciones en campos como la electrónica, la óptica, la química y la biomedicina.

El equipo ha desarrollado una ruta de síntesis para conseguir láminas delgadas de WTe₂ utilizando un método de depósito sol-gel  de óxido de tungsteno (WO₃), seguido de un proceso de reducción en tungsteno metálico (W) y un proceso final de telurización por transporte de vapor en condiciones isotermas.

Mediante técnicas de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X de alta energía, se confirmó la completa telurización de la lámina delgada de unos 300 nm de espesor, identificando un gradiente de teluro desde la superficie hasta el interior de la lámina.

Entre los aspectos más destacados de este estudio, se demuestra la capacidad de controlar con precisión la resistividad eléctrica de las láminas delgadas de WTe₂ mediante el adelgazamiento selectivo con láser de femtosegundo. Utilizando pulsos láser de femtosegundo con una duración de 350 fs y una longitud de onda de 515 nm, se logró inducir una conductividad anisotrópica (la conductividad cambia en una dirección o en otra) al transformar la superficie del material mediante la escritura de líneas periódicamente separadas. Los resultados mostraron que esta resistividad direccional de las láminas se pudo modificar de 0,2 mΩ·m a 1 mΩ·m, manteniendo las características del material.

Imagen de microscopio electrónico de barrido y de análisis por rayos X de las líneas creadas en la superficie de una región tratada por láser con una fluencia máxima de 170 mJ/cm2. / Surfaces and Interfaces

El adelgazamiento por láser de femtosegundo de láminas delgadas ha sido utilizado anteriormente en diversos materiales, y en este estudio se demuestra su capacidad para el control preciso de las propiedades de láminas bidimensionales. Este control reside también en la mayor precisión en la resolución espacial al utilizar una longitud de onda visible en vez de láser infrarrojo, permitiendo realizar mediante escritura directa por láser transformaciones menores a dos micrómetros.

Este avance en el control de la resistividad de materiales 2D abre nuevas posibilidades para su aplicación en dispositivos electrónicos y tecnologías emergentes. El equipo de investigación espera que este método de adelgazamiento por láser de femtosegundo pueda ser aplicado en películas delgadas de otras láminas de compuestos similares, ampliando así el alcance de su investigación.

Este estudio representa un paso significativo en la comprensión y manipulación de los materiales 2D, y su impacto potencial en campos como la electrónica, la energía y la medicina es prometedor. Los investigadores continúan trabajando en la mejora de este método y en la exploración de otras aplicaciones para las láminas delgadas de ditelururo de tungsteno y otros materiales 2D.

Este es un trabajo de investigación en colaboración del Instituto de Ciencia de Materiales Nicolás Cabrera de la Universidad Autónoma de Madrid, El grupo de Procesado por Láser del IO-CSIC, el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid ICMM-CSIC y la línea de luz CRG española del sincrotrón europeo ESRF

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