Síntesis y Caracterización de Nanoestructuras de Dicalcogenuros de Metales de Transición: Molienda de Alta Energía y Deposición Química de Vapor Asistido por Sales

Abstract

Esta tesis desarrolla una estrategia de ingeniería de precursores para la síntesis racional de dicalcogenuros de metales de transición (TMDs) bidimensionales (2D) y la ingeniería fina de sus propiedades ópticas, electrónicas y estructurales. El planteamiento integra mecano-química de alta energía, deposición química de vapores asistida por sales (SACVD) y caracterización multiescala (SEM/TEM, Raman, PL, XRD) con el fin de demostrar que la evolución físico-química del precursor sólido es una variable potencial que decide fase, dopaje y calidad cristalina de los 2D-TMDs resultantes. El Capítulo 1 revisa los fundamentos de estructura, espín-órbita y twistrónica de los TMDs, así como sus rutas de producción de arriba hacia abajo (top-down) y de abajo hacia arriba (bottom-up); se establecen los retos abiertos de escalabilidad, control de defectos y funcionalización dopante-vacancia. En el Capítulo 2 se demuestra que la reducción granulométrica de MoO₃ (30–300 min de molienda) intensifica la presión de vapor local y permite, vía SACVD asistido por NaCl, el crecimiento de MoS₂ semiconductor en dominios triangulares, hexagonales y tipo fullereno a demanda. Dicho ajuste controla simultáneamente el número de capas y eleva la fotoluminiscencia hasta una orden de magnitud respecto al material en bulto. El Capítulo 3 analiza la traslación de la estrategia a NbSe₂ metálico. La mecano-síntesis de Nb₂O₅ no estequiométrico introduce microtensión y altos defectos que la selenización posterior no reconduce, produciendo filmes amorfos y porosos; se concluye que la vía “moler + calcogenizar” sólo es viable para óxidos termodinámicamente estables. En el Capítulo 4 se presenta un dopaje in-situ MoS₂↔W mediante co-molienda de MoO₃/WO₃. El tungsteno se incorpora sustitucionalmente durante el crecimiento, desplazando los modos Raman E12g y A1g y ajustando la brecha óptica ~60 meV sin degradar la red, lo que valida la mecano-química como ruta limpia y escalable para aleaciones 2D. El Capítulo 5 condensa los hallazgos en tres conclusiones clave: 1. La ingeniería de precursores dirige morfología, fase y estequiometría de los TMDs. 2. La co-molienda habilita dopaje sustitucional sin flujos gaseosos tóxicos. 3. El control de torsión bicapa y defectos abre perspectivas en twistrónica, optoelectrónica flexible y superconductividad 2D.

Contribuciones principales • Se establece un marco termodinámico–cinético que correlaciona el tamaño de la partícula precursora, presión parcial de vapor y morfología 2D. • Se introduce un método de dopaje sólido-sólido que evita precursores organometálicos volátiles y reduce la huella ambiental. • Se identifican los límites de la mecano-química en óxidos no estequiométricos, proporcionando directrices para la síntesis de TMDs metálicos continuos.

Impacto y perspectivas La metodología de ingeniería de precursor demostrada posiciona a la mecano-química y al SACVD como herramientas duales para producir heteroestructuras rotadas, emisores excitónicos de banda ajustable y electrodos superconductores monocapa. Al integrar control atómico y escalabilidad industrial, los resultados aportaran conocimiento para la próxima generación de dispositivos cuánticos, fotónicos y de energía basados en materiales bidimensionales.