De isla en isla: así viaja la energía en un cristal fragmentado
- Un equipo de investigación de IMDEA Nanociencia, en colaboración con la UAM y centros del País Vasco y Cataluña, ha descrito una perovskita bidimensional cuya capa inorgánica no es continua, sino que constituye un archipiélago de islas.
- A pesar de ello, la energía luminosa absorbida se propaga a través del material a una velocidad comparable a la de las perovskitas convencionales, saltando de isla en isla.
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Madrid, 9 de octubre de 2026. Un equipo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), IMDEA Nanociencia y varios centros del País Vasco y Cataluña ha sintetizado un nuevo material de la familia de las perovskitas, materiales de la nueva generación de placas solares, LED y detectores de luz. Su particularidad es que la energía que absorbe de la luz se desplaza con gran eficacia, a pesar de que su estructura interna está «rota» en pequeñas islas.
El trabajo, encabezado por Raquel Utrera Melero y Ferry Prins, del Centro de Física de la Materia Condensada (IFIMAC) y el Departamento de Física de la Materia Condensada de la UAM, junto con Jose Sánchez Costa (IMDEA Nanociencia) y Beatriz Martín-García (Ikerbasque y CIC nanoGUNE), se publica en la revista Advanced Materials.
Un archipiélago en lugar de una lámina
Las perovskitas bidimensionales se parecen al hojaldre: capas finísimas de plomo y bromo se alternan con capas de moléculas orgánicas. Normalmente, la capa de plomo y bromo es continua y funciona como una autopista por la que la energía circula libremente.
En el nuevo material, las moléculas orgánicas, de ácido 4-aminometilbenzoico, se sujetan unas a otras mediante enlaces de hidrógeno muy fuertes. Esa unión vuelve la estructura tan rígida que la capa inorgánica no llega a formarse entera: se fragmenta en islas idénticas de solo tres piezas, alineadas como fichas de dominó y separadas entre sí por las moléculas orgánicas. Los investigadores confirmaron esta orientación iluminando el cristal con luz polarizada y analizando cómo vibran sus átomos, una técnica conocida como espectroscopia Raman.
Saltos de isla en isla
Con una estructura así, lo esperable sería que la energía quedase atrapada en cada isla. Para comprobarlo, el equipo iluminó con un láser un punto diminuto de una lámina del cristal y observó, con un microscopio capaz de registrar cambios en milmillonésimas de segundo, cómo se ensanchaba la mancha luminosa con el tiempo.
“El resultado nos sorprendio, porque los excitones, los «paquetes» de energía que se crean al absorber luz, recorren unos 180 nanómetros en una dirección del cristal y unos 90 en la perpendicular”, explica Raquel Utrera, investigadora de la UAM. “En la dirección rápida se difunden tres veces más deprisa que en la lenta, y a un ritmo comparable al de perovskitas continuas bien conocidas.”
La clave está en cómo se mueven. En las perovskitas convencionales, la energía viaja de forma deslocalizada a través de la capa continua. Aquí, en cambio, cada isla actúa como una diminuta antena que pasa la energía a su vecina sin llegar a tocarla, del mismo modo que un diapasón puede hacer vibrar a otro cercano. Este mecanismo se conoce como transferencia resonante de energía de campo cercano. Según las medidas, cada excitón da del orden de diez billones de saltos por segundo.
Las simulaciones electromagnéticas realizadas por Antonio I. Fernández-Domínguez, del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la UAM, respaldan esta explicación. Además, revelan un detalle curioso: en la dirección en la que las islas están más próximas los saltos son más frecuentes, pero en la otra cada salto cubre más del doble de distancia, y por eso la energía avanza más rápido en esa dirección.
Una nueva vía para diseñar materiales
El trabajo demuestra que una red continua no es imprescindible para transportar energía de forma eficiente y dirigida en estos materiales. Esto abre la puerta a diseñar el transporte de energía con independencia de cómo estén conectados los átomos, lo que podría aprovecharse para canalizar la energía en dispositivos optoelectrónicos. El reto pendiente es la estabilidad: el material se degrada rápidamente con la humedad del ambiente, y el equipo ya trabaja en mejorarlo.
Referencia:
R. Utrera-Melero, A. Cutrupi, I. Rivilla, D. Spirito, E. C. Sañudo, J. Cabanillas-González, A. I. Fernández-Domínguez, B. Martín-García, J. Sánchez Costa, F. Prins. Transporte eficiente de excitones en el plano en una perovskita de bromuro de plomo con capas discontinuas. Materiales Avanzados e75282 (2026). DOI: 10.1002/adma.75282
https://hdl.handle.net/20.500.12614/4289
Contacto:
José Sánchez Costa
Nanomateriales con propiedades conmutables
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Oficina de Comunicación y Divulgación de IMDEA Nanociencia
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+34 91 299 87 12
Fuente: IMDEA Nanociencia.
El Instituto IMDEA de Nanociencia es un joven centro de investigación interdisciplinar en Madrid (España) dedicado a la exploración de la nanociencia y al desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras.