Hay materiales que no se ven a simple vista, pero que pueden transformar por completo los dispositivos que usamos cada día. Uno de ellos es el disulfuro de molibdeno (MoS₂), un cristal bidimensional con el grosor de un solo átomo. Aunque ya se sabía que este material tenía propiedades electrónicas prometedoras, su integración en circuitos reales a gran escala seguía siendo un reto técnico difícil de superar. Hasta ahora.
Un grupo de investigadores surcoreanos ha logrado un avance que podría marcar un antes y un después en la fabricación de chips: han desarrollado una estrategia que permite cultivar capas de MoS₂ sin errores ni imperfecciones en superficies del tamaño de una oblea de silicio. Lo publicaron en la revista Nature Electronics, y los resultados no solo destacan por su calidad técnica, sino por abrir la puerta a una electrónica cuántica más estable, más pequeña y más eficiente.
Qué tiene de especial el disulfuro de molibdeno
El MoS₂ pertenece a una familia de materiales conocidos como dicloruros de metales de transición, que en su forma más delgada pueden reducirse a una sola capa atómica. Estas capas tienen propiedades electrónicas únicas, entre ellas la capacidad de conducir electricidad de forma controlada, algo esencial en la fabricación de transistores.
Además, a diferencia del grafeno, el MoS₂ tiene una estructura de banda con un “gap” (una separación energética entre los niveles ocupados y los vacíos), lo que le permite funcionar como un verdadero semiconductor. Esto significa que puede encenderse o apagarse como un interruptor, una cualidad clave para los circuitos lógicos que forman la base de todos los dispositivos electrónicos.
El problema hasta ahora era la dificultad para crear capas de este material que fuesen totalmente uniformes y sin defectos a escalas grandes, como las que se requieren para fabricar chips completos. La solución propuesta por el equipo de Corea del Sur se basa en una mejora precisa de una técnica ya conocida: el crecimiento epitaxial.
Un crecimiento atómico mucho más controlado
El estudio presenta una técnica basada en la llamada epitaxia de van der Waals sobre sustratos vicinales, una modalidad en la que los átomos se depositan sobre una superficie de zafiro ligeramente inclinada. Este tipo de superficies tiene escalones atómicos naturales, que actúan como guías para el crecimiento ordenado del cristal.
Gracias a este enfoque, los investigadores pudieron controlar cómo se fusionan los pequeños granos cristalinos del MoS₂ durante el crecimiento. Esto fue clave para evitar la aparición de defectos en las uniones entre granos, que suelen actuar como puntos de dispersión para los electrones y arruinar la coherencia cuántica del material.
En palabras del propio artículo, “reportamos un crecimiento epitaxial de monocapas de MoS₂ en escala de oblea, en el que los defectos se minimizan mediante el control cinético de la coalescencia en sustratos de zafiro vicinal”.
Esta afirmación resume un proceso meticuloso que incluye ajustes en la temperatura, la presión y la velocidad de crecimiento, para garantizar que cada átomo se coloque en el lugar correcto.
El resultado: canales sin errores y transporte cuántico coherente
El objetivo final de estas mejoras no es solo estructural, sino funcional. Los autores del estudio evaluaron la calidad electrónica de las capas de MoS₂ producidas mediante esta técnica y observaron fenómenos típicos del transporte cuántico. Por ejemplo, detectaron efectos Hall cuánticos y un fenómeno llamado localización débil, ambos señales de que los electrones se mueven sin interrupciones y mantienen su fase cuántica.
Según el artículo, “los canales resultantes exhiben transporte coherente, manifestado como localización débil y el inicio de efectos Hall cuánticos a baja temperatura, así como una movilidad Hall de 1.200 cm² V⁻¹ s⁻¹”.
Estas cifras no solo son impresionantes por sí mismas, sino porque se han logrado en un material de una sola capa atómica, extendido a gran escala. Esto indica que no se trata de un experimento puntual sobre una muestra microscópica, sino de una tecnología que puede aplicarse en procesos industriales.
Aplicaciones reales: transistores de alto rendimiento
Uno de los pasos más importantes del estudio fue demostrar que estas capas de MoS₂ podían usarse para fabricar transistores de efecto de campo (FETs), el componente básico de cualquier circuito electrónico. Los investigadores crearon una matriz de 64 transistores utilizando su material, y los resultados fueron muy alentadores.
Los dispositivos mostraron una movilidad media de aproximadamente 100 cm² V⁻¹ s⁻¹ a temperatura ambiente, y una pendiente subumbral mínima (subthreshold swing) de alrededor de 65 mV dec⁻¹, una medida que indica cuánta energía se necesita para activar el transistor. Cuanto más bajo este valor, más eficiente es el dispositivo.
Este rendimiento supera el de muchas otras técnicas previas de crecimiento de MoS₂ y se acerca a los límites teóricos de eficiencia para este tipo de materiales. Esto confirma que el control preciso de defectos no es solo un logro académico, sino una mejora práctica que puede impactar el diseño de nuevos chips.
Un avance clave para la electrónica del futuro
Más allá de las cifras concretas, lo que hace especial este avance es su escalabilidad y aplicabilidad. Lograr cristales sin defectos a escala de oblea implica que esta tecnología podría integrarse en procesos industriales actuales, sin necesidad de rediseñar desde cero las fábricas de semiconductores.
El hecho de que el material permita un transporte cuántico coherente y funcione bien en temperaturas bajas y altas lo convierte en un candidato ideal para el desarrollo de electrónica cuántica, sensores ultrasensibles, computación de baja potencia y nuevos tipos de memoria.
Además, los investigadores destacan que el proceso puede adaptarse a otros materiales bidimensionales, lo que abre aún más posibilidades. El estudio, en definitiva, no es solo una demostración técnica, sino un paso realista hacia una nueva generación de dispositivos más pequeños, eficientes y cuánticos.
Referencias
- Gunho Moon et al., Single-crystalline monolayer semiconductors with coherent quantum transport by vicinal van der Waals epitaxy, Nature Electronics (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-025-01496-x.
