Texto: Jaime Fernández, Fotografía: Jesús de Miguel - 28 may 2025 15:01 CET

El equipo de investigación internacional que lidera Nazario Martín, en colaboración con el grupo del profesor Juan Casado, de la Universidad de Málaga, ha logrado “diseñar y estudiar las propiedades de una molécula de grafeno molecular bicapa sin precedentes, capaz de controlar la rotación entre capas paralelas de carbono y generar una separación de carga iónica estable entre ambas”.

Explica el catedrático complutense que “en el grafeno bicapa, esa ligera rotación estructural da lugar a propiedades electrónicas extraordinarias”. Fenómeno a escala molecular que se ha conseguido replicar en la UCM diseñando y sintetizando una molécula “formada por dos capas de nanografeno unidas con un ángulo de giro controlado, capaz de sostener una separación duradera de carga eléctrica. Esta nueva arquitectura molecular, que imita el comportamiento de materiales bidimensionales como el grafeno, abre nuevas posibilidades en el diseño de materiales funcionales de precisión atómica”.

Aseguran los responsables que este avance se sitúa en la intersección entre la química molecular, la física del estado sólido y la nanotecnología, y “aporta un modelo químico que imita con precisión uno de los fenómenos más fascinantes observados en materiales bidimensionales: el cambio radical de propiedades electrónicas según el ángulo entre capas de grafeno”.

Recuerdan los investigadores que el grafeno, un material compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en forma hexagonal, ha revolucionado el campo de los materiales por sus propiedades extraordinarias. Y que en los últimos años, se ha descubierto que, al superponer dos capas de grafeno con una ligera rotación entre sí, lo que se ha dado en llamar el “ángulo mágico”, se pueden inducir comportamientos electrónicos como la superconductividad o la semiconductividad.

Gracias a este fenómeno físico, y al conocimiento acumulado por el equipo de Nazario Martín, se ha producido en la Complutense el diseño y la síntesis de “una bicapa de nanografeno molecular en la que la orientación relativa entre dos segmentos grafenoides está estructuralmente definida”. Esta arquitectura química es la que permite modular con precisión sus propiedades electrónicas, “abriendo nuevas posibilidades para el diseño racional de materiales con comportamiento funcional”.

El grupo liderado por Nazario Martín no sólo ha conseguido diseñar y sintetizar una molécula con control rotacional, sino que además tiene “capacidad para estabilizar un estado iónico con separación de cargas, algo inusual en sistemas orgánicos”. Explican los investigadores que mientras que la mayoría de las moléculas emplean enlaces compartidos, es decir, covalentes, este sistema permite la formación de un enlace iónico intramolecular, mediante una transferencia electrónica eficiente y prolongada.

Según el profesor Nazario Martín, “esta es la primera vez que se sintetiza una molécula basada en láminas de nanografeno unidas covalentemente, entre las que se establece un enlace electrostático duradero entre ambos fragmentos orgánicos de carbono. Esta estabilidad en el tiempo del estado con separación de cargas representa un fenómeno excepcional en la química de materiales moleculares, que se justifica mediante la extensión nanométrica del sistema conjugado y la diferente funcionalidad de ambas láminas”.

Por lo tanto, “más que una simple curiosidad, esta molécula abre una nueva línea de investigación en la síntesis de sistemas moleculares con estructura de capa abierta, que simulan fenómenos complejos observados en materiales extendidos 2D. Su diseño proporciona una plataforma para explorar interacciones electrónicas, dinámicas rotacionales y estados metaestables de carga, todo dentro de un entorno químico bien definido”.