RESUMEN

El descubrimiento del grafeno ha supuesto una revolución en la Ciencia y Tecnología de Materiales por sus singulares propiedades y su amplia proyección tecnológica en una gran variedad de campos que van desde la electrónica y las comunicaciones inalámbricas a las comunicaciones ópticas y nuevas estrategias de computación. Sin embargo, los electrones del grafeno y de otros materiales 2D de van der Waals (vdW) son débilmente interactuantes (electrones s y p) con lo que estados colectivos de la materia condensada como magnetismo, superconductividad o multiferroicidad no son posibles salvo en todo caso a muy bajas temperaturas.  Estos estados sin embargo existen naturalmente en los óxidos de metales de transición y son, muchos de ellos, robustos hasta temperatura ambiente lo que da origen a numerosas funcionalidades y respuestas de interés en dispositivos. CAIRO tiene como misión fabricar “óxidos de metales de transición de espesor atómico (como el grafeno)” para dotar a las capas de espesor atómica de estados colectivos robustos. El objetivo es fabricar y caracterizar una nueva clase de capas 2D autosoportadas (freestanding) basadas en óxidos de metales de transición correlacionados, y su combinación en heteroestructuras multifuncionales con materiales 2D van der Waals (vdW) convencionales. Las capas autosoportadas de óxido 2D albergarán nuevos estados colectivos espontáneos originados por correlaciones electrónicas y manipulables con estímulos externos, expandiendo enormemente las capacidades funcionales de los materiales vdW actuales y generando  importantes sinergias con la Flagship de Grafeno. El nuevo tipo de capas 2D de óxido autosoportados  se sintetizará a partir de capas de óxido ultrafinas epitaxiales crecidas en capas buffer sacrificiales con control atómico de su estructura y estequimetría. Las capas de óxido 2D se transferirán y manipularán utilizando métodos de posicionamiento deterministas desarrollados para materiales 2D vdW.

Nuestro proyecto realizará la hibridación de dos campos emergentes: interfases de óxido y materiales 2D vdW. El consorcio incluye expertos en el crecimiento epitaxial de óxidos con control atómico de las interfases y en su caracterización funcional, y en la síntesis, manipulación y caracterización de materiales 2D vdW.

Con respecto al impacto esperado, CAIRO se basa en un esfuerzo multidisciplinar transformador para la generación de una nueva familia de materiales y apuesta por el estudio y realización de una novedosa plataforma tecnológica basada en la nanotecnología de óxidos para la explotación de nuevos estados cuánticos en óxidos correlacionados en capas 2D autosoportadas. Además, desde la perspectiva aplicada, los estados colectivos conmutables por un campo externo podrían inspirar nuevas estrategias para nuevos conceptos de dispositivos hacia la futura lógica de bajo voltaje atto­Joule que supere las limitaciones (de energía) de la tecnología de semiconductores CMOS actual.