Conductor de película delgada de alta calidad abre el camino para la electrónica portátil con baterías de mayor duración

Durante las últimas dos décadas, los investigadores han trabajado diligentemente para refinar películas de tetradimita hechas de tetradimita ternaria, un mineral compuesto de bismuto, telurio y azufre. Estos materiales son intrigantes por su potencial como aislantes topológicos, donde la corriente eléctrica fluye a lo largo de la superficie, mientras que el interior permanece aislado, minimizando así la disipación de energía. La conducción superficial de estos materiales también presenta propiedades de espín, lo que podría beneficiar significativamente el desarrollo de dispositivos espintrónicos que funcionen con una potencia mínima. Los científicos han logrado enormes avances que sugieren que estos materiales pronto podrían desempeñar un papel crucial en el campo de la electrónica portátil y otros dispositivos en miniatura.

En una investigación colaborativa en la que participaron científicos de la Universidad Estatal de Ohio (Columbus, OH, EUA), el equipo creó con éxito películas delgadas, con un espesor de entre 90 y 150 nanómetros, que son versiones avanzadas de la tetradimita ternaria. Sus hallazgos indican que estas películas exhiben una movilidad electrónica superior en comparación con materiales similares, lo que las hace altamente conductoras de las corrientes eléctricas. La baja densidad de defectos dentro de estas películas garantiza una interferencia mínima con el movimiento de los electrones en la superficie, similar a una autopista despejada y abierta para los electrones. Estas condiciones óptimas se lograron utilizando epitaxia de haz molecular (MBE), un proceso que comienza con la misma estructura cristalina que la tetradimita pero introduce sustituciones de otros elementos para crear composiciones con propiedades de conducción únicas. Este método ha reducido eficazmente la concentración de portadores de carga que normalmente pueblan el interior de las tetradimitas naturales, mejorando así la movilidad de los electrones.

Imagen: Los posibles usos futuros de las películas delgadas podrían incluir la generación de energía para alimentar dispositivos portátiles (foto cortesía de la Universidad Estatal de Ohio)

Esta investigación ha avanzado más allá de la mera construcción de estas películas, realizando pruebas exhaustivas de sus propiedades en el laboratorio, un progreso significativo, ya que anteriormente los materiales estudiados eran considerablemente más grandes. Las pruebas meticulosas de estos materiales llevaron a la identificación de oscilaciones elusivas, lo que confirmó que las películas estaban casi libres de dispersión, una mejora notable sobre las variantes naturales. Se realizaron más investigaciones sobre las propiedades termoeléctricas de las películas mediante pruebas térmicas sensibles. Inspirado por estos hallazgos, publicados en Materials Today Physics, el equipo ya está desarrollando nuevas versiones de las películas. Aunque las aplicaciones prácticas pueden tardar algunos años en llegar, el potencial de estas películas energéticamente eficientes es vasto. Podrían integrarse en chips ultradelgados utilizados en electrónica en miniatura, sentando potencialmente las bases para alimentar robots o tecnologías portátiles diseñadas para regular la temperatura corporal.

"Estos materiales, naturalmente hablando, simplemente no son de la mejor calidad en términos de crecimiento de películas delgadas, pero necesitamos películas delgadas para fabricar dispositivos", dijo la coautora principal Brandi Wooten, recientemente graduada con un doctorado en ciencia e ingeniería de materiales en Ohio State. “Este es un buen artículo que muestra que podemos hacer que estos materiales sean lo suficientemente buenos en forma de película delgada para incorporarlos a dispositivos. Este es un trampolín para lograr que estos materiales sirvan para hacer más”.

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La Universidad Estatal de Ohio