Las películas delgadas metálicas son indispensables para la electrónica moderna. Sin embargo, cuando su espesor se reduce a la escala nanométrica, pueden presentar inestabilidades similares a las de los líquidos. Una de ellas es la deshidratación, que provoca que la película se retraiga espontáneamente, formando rugosidades y perdiendo su continuidad. Estas inestabilidades térmicas limitan la temperatura de funcionamiento de las películas metálicas ultradelgadas a alrededor de 300 °C, lo que dificulta su integración en dispositivos bidimensionales (2D).
Para superar esta limitación, científicos de diversas instituciones chinas desarrollaron películas delgadas de oro de aproximadamente 40 nm de espesor mediante epitaxia van der Waals (vdW) sobre grafeno, utilizando evaporación por haz de electrones. A diferencia de la epitaxia convencional —en la que las capas de material se depositan sobre un sustrato con una superficie ordenada, de modo que sus átomos pueden alinearse de manera precisa—, la epitaxia vdW se basa en interacciones más débiles entre las capas. Esto permite el crecimiento de materiales sobre sustratos con estructuras cristalinas diferentes y sin que exista necesariamente un enlace químico directo entre ambas superficies, gracias a las fuerzas de van der Waals entre ellas.
Los resultados muestran que la epitaxia vdW sobre grafeno favorece la formación de una microestructura más uniforme, caracterizada por granos con orientación preferencial (111) y fronteras de grano de baja energía. Esta microestructura modifica el comportamiento de la película a altas temperaturas: reduce las fuerzas capilares que normalmente favorecen la ruptura de la película y facilita procesos de autorreparación que contribuyen a mantener su continuidad. Como resultado, las películas delgadas de oro mantienen su continuidad incluso a temperaturas cercanas a 850 °C, muy por encima del límite convencional de aproximadamente 300 °C. En contraste, las películas obtenidas mediante métodos convencionales presentan una microestructura más heterogénea y fronteras de grano menos favorables para su estabilidad térmica.
Estos resultados muestran que el control de la microestructura mediante epitaxia vdW puede ser una estrategia para mejorar significativamente la estabilidad térmica de las películas metálicas ultradelgadas y facilitar su integración en dispositivos 2D. Con esta nueva metodología se pueden aumentar las temperaturas y los tiempos de fabricación, lo que permite fabricar dispositivos de nueva generación con componentes de alta calidad.
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