Semiconductores pueden comportarse como metales y superconductores

Descubren que la estructura cristalina de la superficie de los materiales semiconductores puede hacer que estos se comporten como metales e incluso como superconductores.

Esto ha sido demostrado por un equipo conjunto de investigación de Swansea/Rostock.

El descubrimiento potencialmente abre la puerta a avances como dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente.

Los semiconductores son las partes activas de los transistores, circuitos integrados, sensores y LED.

Estos materiales, principalmente basados ​​en silicio, son el corazón de la industria electrónica actual.

Usamos sus productos casi continuamente, en televisores modernos, en computadoras, como elementos de iluminación y, por supuesto, como teléfonos móviles.

Los metales, por otro lado, conectan los componentes electrónicos activos y son el marco para los dispositivos.

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Christian Klinke del departamento de química de la Universidad de Swansea y la Universidad de Rostock en Alemania, analizó los cristales en la superficie de los materiales semiconductores.

Aplicando un método llamado síntesis coloidal a nanocables de sulfuro de plomo, el equipo demostró que los átomos de plomo y azufre que componen los cristales podrían organizarse de diferentes maneras.

Crucialmente, vieron que esto afectaba las propiedades del material.

En la mayoría de las configuraciones, los dos tipos de átomos se mezclan y toda la estructura muestra un comportamiento semiconductor como se esperaba.

Sin embargo, el equipo descubrió que un “corte” particular a través del cristal, con las llamadas facetas {111} en la superficie, que contiene solo átomos de plomo, muestra un carácter metálico.

Esto significa que los nanocables transportan corrientes mucho más altas, se suprime su comportamiento de transistor, no responden a la iluminación, como lo harían los semiconductores, y muestran una dependencia inversa de la temperatura, típica de los metales.

Mehdi Ramin, uno de los investigadores del equipo de Swansea/Rostock, dijo:

“Después de descubrir que podemos sintetizar nanocables de sulfuro de plomo con diferentes facetas, lo que los hace parecer cables rectos o en zigzag, pensamos que esto debe tener consecuencias interesantes para sus propiedades electrónicas.

Pero estos dos comportamientos fueron una gran sorpresa para nosotros.

Por lo tanto, comenzamos a investigar las consecuencias de la forma con más detalle“.

Luego, el equipo hizo un segundo descubrimiento: a bajas temperaturas, la piel de las nanoestructuras incluso se comporta como un superconductor.

Esto significa que los electrones son transportados a través de las estructuras con una resistencia significativamente menor.

El profesor Christian Klinke de la Universidad de Swansea y la Universidad de Rostock, que dirigió la investigación, dijo:

“Este comportamiento es asombroso y ciertamente necesita ser estudiado más a fondo con mucho más detalle.

Pero ya ofrece nuevas ideas interesantes sobre cómo el mismo material puede poseer diferentes propiedades físicas fundamentales dependiendo de su estructura y de lo que podría ser posible en el futuro.

Una aplicación potencial es el transporte de energía sin pérdidas, lo que significa que no se desperdicia energía.

A través de una mayor optimización y transferencia del principio a otros materiales, se pueden lograr avances significativos, que podrían conducir a nuevos dispositivos electrónicos eficientes.

Los resultados presentados en el artículo son simplemente un primer paso en lo que seguramente será un largo y fructífero viaje hacia una nueva y emocionante química y física de los materiales“.

Fuente: Swansea University