Una revolucionaria investigación liderada por la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha marcado un hito en la ciencia y tecnología de materiales. El equipo internacional ha logrado ensamblar capas monocristalinas de óxidos cerámicos, de solo unos átomos de espesor, rotadas a un ángulo arbitrario, formando así un nuevo tipo de cristal artificial, una estructura inédita en la naturaleza.
El estudio, publicado en la reconocida revista «Nature», destaca la aparición de propiedades emergentes en la interfase de unión entre capas rotadas del titanato de bario (BaTiO₃). Este material, conocido desde principios del siglo pasado, ha sido investigado en forma de cristales ultradelgados, al igual que el grafeno. La innovación radica en la capacidad de los investigadores para apilar cristales ultradelgados de BaTiO₃, rotándolos entre sí, una técnica pionera que contrasta con la formación natural de cristales y sus orientaciones bien definidas.
Las tecnologías modernas suelen combinar capas delgadas de distintos materiales manteniendo la orientación cristalina rígida. Este procedimiento ha dado lugar a interesantes propiedades en las interfases, propiciando la construcción de dispositivos electrónicos avanzados. No obstante, este nuevo trabajo introduce un grado de libertad desconocido hasta ahora en la naturaleza: la rotación controlada entre capas cristalinas a nivel atómico.
Este avance se conoce como «twistrónica», un término derivado del inglés «twistronics», que se refiere al estudio de cómo la torsión entre capas de materiales bidimensionales puede alterar sus propiedades eléctricas. La investigación ha revelado que el patrón de moiré, resultante de la rotación entre capas, es fundamental para las propiedades emergentes observadas.
El equipo ha descubierto que la rotación entre capas induce un estado ferroeléctrico inédito, caracterizado por vórtices de polarización eléctrica extremadamente pequeños, que podrían servir como bits de memoria en futuros dispositivos. Según Jacobo Santamaría, director del grupo de Física de Materiales Complejos de la UCM, este estado podría llevar la densidad de almacenamiento de información a superar los 100 terabits por pulgada cuadrada, un avance significativo frente al límite actual de 1Tb/in².
Este descubrimiento no solo implica una mejora en la densidad de almacenamiento y eficiencia energética de los dispositivos informáticos futuros, sino que también plantea un enfoque sostenible ante el creciente volumen de datos a nivel global, estimado en yottabytes (10²⁴ bytes) en la próxima década.
Carlos León, también investigador del grupo, resalta que esta investigación abre nuevas oportunidades para estudiar y explotar efectos y propiedades en otros óxidos cristalinos con estados ferroicos, multiferroicos y otros estados colectivos.
El estudio ha contado con la colaboración del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) y el Laboratorio de Heteroestructuras con aplicación en spintrónica, ambos de la UCM y el CSIC, además del Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) en Luxemburgo.
