¿Puede una nanocinta de grafeno cambiar la dirección de su torsión como si se retorciera una toalla? Los investigadores de la Universidad de Nagoya, en Japón, han dado una respuesta afirmativa. Según el último número de la revista Nature Communications, los investigadores de esta universidad han logrado por primera vez cambiar a demanda la dirección de torsión de las nanocintas de grafeno. Este logro podría proporcionar nuevos materiales para el desarrollo de interruptores ópticos ajustables, sensores químicos y dispositivos espintrónicos.
Las nanocintas de heliceno son estructuras de cadena larga compuestas por múltiples anillos de carbono fusionados; esta estructura confiere a la molécula una forma retorcida (esquema). Fuente de la imagen: Universidad de Nagoya, Japón.
La nanocinta de grafeno es una nanoestructura en forma de cinta estrecha y alargada compuesta por átomos de carbono. Cuando la nanocinta se retuerce, adopta una forma similar a una hélice, y sus propiedades ópticas y electrónicas difieren según si la torsión es hacia la izquierda o hacia la derecha. Anteriormente, aunque los investigadores podían fabricar nanocintas de grafeno helicoidales, resultaba difícil hacer que cambiaran la dirección de torsión según fuera necesario.
La clave de esta investigación es una unidad de tetraheliceno que antes se consideraba "difícil de controlar". Estas unidades cambian rápidamente entre dos estados, levógiro y dextrógiro, y es difícil mantener una dirección de torsión fija. Sin embargo, cuando se conectan varias unidades entre sí, las unidades adyacentes se influyen mutuamente y tienden a torcerse en la misma dirección, formando finalmente una estructura helicoidal relativamente uniforme.
Sobre esta base, los investigadores utilizaron además disolventes para controlar la dirección de torsión de las nanocintas. Tras probar seis disolventes candidatos, descubrieron que el β-pineno, un compuesto natural proveniente de pinos y cítricos, puede cumplir esta función.
El β-pineno se presenta en dos formas moleculares que son imágenes especulares entre sí, y las distintas formas moleculares hacen que la nanocinta se tuerza en direcciones diferentes. Es decir, cambiar el disolvente permite controlar si la nanocinta se tuerce hacia la izquierda o hacia la derecha.
Cuando cambia la dirección de torsión de la nanocinta, también cambia la luz que emite, y los dos estados de torsión producen luminiscencia circularmente polarizada en direcciones diferentes. Esto significa que controlando la dirección de torsión de la nanocinta se pueden ajustar sus propiedades ópticas. Este efecto de conmutación es más evidente a -90 °C y se debilita gradualmente a medida que la temperatura aumenta hasta la temperatura ambiente.
Los investigadores señalan que esta es la primera vez que se logra este tipo de luminiscencia circularmente polarizada conmutable en nanocintas de grafeno. Este material, capaz de cambiar su dirección de torsión y sus propiedades ópticas según el entorno externo, podría utilizarse en el futuro en campos como interruptores ópticos, sensores químicos y dispositivos electrónicos. Dado que la estructura helicoidal también podría afectar el transporte de electrones con diferentes estados de espín, también podría emplearse en dispositivos espintrónicos.