Investigadores de BESSY II han verificado experimentalmente que las cadenas de fósforo autoensambladas en una superficie de plata exhiben propiedades electrónicas verdaderamente unidimensionales. Al separar las señales de cadenas alineadas en diferentes direcciones, el equipo reveló la estructura electrónica unidimensional distinta de cada cadena. Los hallazgos sugieren que aumentar la densidad de cadenas podría cambiar el material de semiconductor a comportamiento metálico.
Investigadores de BESSY II, una instalación de radiación de sincrotrón, han confirmado por primera vez experimentalmente que cadenas cortas de átomos de fósforo pueden albergar un comportamiento electrónico genuinamente unidimensional. Estas cadenas se autoensamblan en un sustrato de plata bajo condiciones controladas, formando líneas rectas en tres direcciones distintas separadas por ángulos de 120 grados. Aunque las cadenas parecen estructuralmente unidimensionales, las posibles interacciones laterales entre cadenas vecinas habían planteado previamente preguntas sobre sus propiedades electrónicas. Para investigar, el Dr. Andrei Varykhalov y colegas utilizaron un microscopio de tunelación por barrido criogénico para crear e imagen las cadenas de fósforo. Luego emplearon espectroscopia fotoelectrónica resuelta por ángulos (ARPES) en BESSY II para mapear la estructura electrónica. «Logramos resultados de muy alta calidad, lo que nos permitió observar ondas estacionarias de electrones que se forman entre las cadenas», dice Varykhalov. Al desentrañar cuidadosamente las señales de los tres dominios de cadenas orientadas de manera diferente, el Dr. Maxim Krivenkov y la Dra. Maryam Sajedi aislaron la firma electrónica de cada cadena. Este análisis demostró que los electrones están confinados a una sola dimensión dentro de cadenas individuales. «A través de una evaluación muy exhaustiva de las mediciones en BESSY II, ahora hemos demostrado que tales cadenas de fósforo realmente tienen una estructura electrónica unidimensional», dice el profesor Oliver Rader, jefe del departamento de Espín y Topología en Materiales Cuánticos de HZB. Además, «Pudimos desentrañar las señales ARPES de estos dominios y así demostrar que estas cadenas de fósforo 1D realmente poseen una estructura electrónica 1D muy distinta», añade Krivenkov. Los cálculos de teoría del funcional de densidad respaldan estos resultados y predicen una transición de fase: cuando las cadenas están más separadas, el material se comporta como un semiconductor, pero un empaquetado más ajustado en un arreglo bidimensional lo haría metálico. El estudio abre nuevas vías en la ciencia de materiales, particularmente para estructuras unidimensionales derivadas de materiales bidimensionales como la fosforeno. «Hemos entrado en un nuevo campo de investigación aquí, un territorio inexplorado donde es probable que se hagan muchos descubrimientos emocionantes», dice Varykhalov. La investigación aparece en Small Structures (2025; 6(12)), DOI: 10.1002/sstr.202500458.
