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Cuando se agrupa un número de átomos, lo que recibe el nombre de agregado o clúster, sus propiedades cambian con respecto a al material macroscópicos y pueden ser aprovechados en diversos procesos industriales

En el caso de los agregados de silicio, pueden adoptar configuraciones muy estables que se comportan como si fueran un solo átomo, es decir, como un superátomo. Ensamblando estos superátomos, “se pueden construir materiales nuevos”, asegura en declaraciones a DiCYT Carlos Balbás, coordinador del Grupo de Propiedades Nanométricas de la Universidad de Valladolid, quien trabaja en este campo con aplicaciones en optoelectrónica y materiales fotovoltaicos

Los superátomos de silicio pueden formar, por ejemplo, nanotubos. Además, se les puede agregar un metal de transición con el objetivo de cambiar sus propiedades eléctricas, lo que se denomina dopaje. Cuando el superátomo es de tipo anión (tiene carga eléctrica negativa, le sobran electrones), “se le dopa con un metal alcalino, como el potasio”, que tiene un solo electrón en su nivel energético más externo. Del mismo modo, cuando son cationes (con carga negativa, al perder electrones) se les dopa con un metal halógeno, que necesita un electrón más para completar su último nivel energético.

Según recuerda el coordinador del grupo de investigación, “dependiendo de donde se coloquen las propiedades cambian mucho”. Así, “modificando un poco el campo eléctrico el bipolo cambia enormemente y es algo que podría tener aplicación en las baterías que llevan los ordenadores pequeños para que duren más, o en otros dispositivos que necesiten pilas de pequeño tamaño”.

No obstante, estas aplicaciones se encuentran aún en fase de investigación. En materia de optoelectrónica, la rama de la electrónica que se centra en la luz, la propiedad gap-LUMO es del orden de dos electrovoltios, la longitud de onda del espectro electromagnético visible en que funciona la óptica y, por tanto, “tendría aplicación como material optoelectrónico”. Tal y como avanza el investigador, estos materiales están ya construidos a nivel experimental y se ha comprobado que tienen “ciertas propiedades”. Asimismo, se pueden realizar sólidos e incluso cristales estables con estos superátomos de silicio dopados.

Cálculos complejos

Para realizar el ensamblaje de agregados de silicio dopados con metales de transición se necesitan muchas horas de cálculo. En concreto, para determinar algunos datos se necesita hasta un mes y medio de trabajo de una CPU para lograr un resultado. Así, el grupo ha constituido un laboratorio denominado Ciclon (Computer Intensive Calculation Laboratory of Nanosystems) donde disponen de cuatro clusters de computadoras, con más de 80 unidades CPU cada uno, para el cálculo intensivo.

Además de la línea de investigación sobre materiales nanoensamblados, el Grupo de Propiedades Nanométricas de la Materia, ubicado en el Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica de la Facultad de Ciencias, trabaja en áreas como los líquidos metálicos, el nanomagnetismo o la catálisis. Estas líneas tienen potencial aplicación en electrónica molecular, aleaciones de metales líquidos en metalurgia y en reactores de fusión o nuevos catalizadores nanométricos (por ejemplo para la eliminación del óxido de nitrógeno en la combustión de hidrocarburos en automóviles). El equipo está compuesto por siete investigadores fijos y personal fluctuante.

Fuente: Sinc. Aportado por Eduardo J. Carletti

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