Una película de cristal ultrafina construida átomo a átomo permite que los electrones se muevan 7 veces más rápido que los semiconductores
Los científicos han desarrollado un nuevo tipo de semiconductor de película cristalina extremadamente delgada que permite que los electrones se muevan siete veces más rápido que los semiconductores convencionales, lo que podría tener enormes implicaciones para los dispositivos electrónicos.
En un estudio publicado el 1 de julio en la revista Materials Physics Today, los físicos crearon una película extremadamente delgada utilizando un material cristalino llamado antimonita ternaria.
La película tiene sólo 100 nanómetros de ancho, aproximadamente una milésima parte del grosor de un cabello humano, y se fabrica mediante un proceso de epitaxia de haz molecular. El proceso implica controlar con precisión haces moleculares para construir materiales átomo por átomo. El proceso permite construir materiales con defectos o imperfecciones mínimos, lo que permite una mayor movilidad de los electrones, una medida de la facilidad con la que los electrones pueden moverse a través de un material bajo un campo eléctrico.
Cuando los científicos aplicaron corriente eléctrica a la película, registraron electrones moviéndose a una velocidad récord de 10.000 centímetros cuadrados por voltio-segundo (cm^2/Vs). En comparación, los electrones normalmente se mueven alrededor de 1.400 cm^2/Vs en un semiconductor de silicio estándar y mucho más lento en cables de cobre tradicionales.
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La movilidad de electrones ultraalta significa una mejor conductividad. Esto, a su vez, allana el camino para dispositivos electrónicos más eficientes y potentes que emiten menos calor y desperdician menos energía.
La estructura cristalina microscópica de la película tiene defectos mínimos, lo que permite que los electrones fluyan a través de ella con gran movilidad. (Crédito de la imagen: Jagadeesh Moodera et al)
Los investigadores compararon las propiedades de la película con una «carretera sin tráfico» y dijeron que el material es «crítico para dispositivos electrónicos más eficientes y sostenibles que puedan hacer más con menos trabajo». Las aplicaciones potenciales incluyen dispositivos termoeléctricos portátiles que convierten el calor residual en. electricidad y dispositivos «espintrónicos» que utilizan el giro de los electrones en lugar de cargas eléctricas para procesar información, dijeron los científicos.
«Anteriormente, las movilidades electrónicas que la gente lograba con estos sistemas eran como el tráfico en una carretera en construcción: atascado, imposible de conducir, polvoriento y desordenado», dijo el físico del MIT Jagadeesh Moodera en un comunicado. Usar este material recientemente optimizado es como conducir por Massachusetts. Autopista sin tráfico.»
Los científicos midieron la movilidad de los electrones en el material exponiendo la película cristalina a un ambiente extremadamente frío bajo un campo magnético. Luego hicieron pasar una corriente eléctrica a través de la película y midieron las oscilaciones cuánticas, un fenómeno que ocurre cuando la resistencia fluctúa en respuesta a un campo magnético.
Incluso pequeños defectos en el material pueden impedir el movimiento de los electrones, afectando su movilidad. Por lo tanto, los científicos esperan mejorar el proceso de elaboración de las películas para producir mejores resultados.
«Esto demuestra que con el control adecuado de estos complejos sistemas es posible dar un gran paso adelante», afirmó Mudra. «Esto nos dice que nos estamos moviendo en la dirección correcta y que tenemos los sistemas adecuados para seguir avanzando y continuar refinando este material para hacer sus películas más delgadas y permitir un acoplamiento estrecho para la espintrónica futura y los dispositivos termoeléctricos portátiles».
