Científicos crean un gas de electrones bidimensional

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MADRID, 3 (EUROPA PRESS)

Un nuevo material podría abrir la puerta a un nuevo tipo de electrónica. Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología de Viena, Austria, ha creado un gas de electrones bidimensional estable en titanato de estroncio, según publica este lunes 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

Por lo general, los dispositivos microelectrónicos están hechos de silicio o semiconductores similares y, recientemente, las propiedades electrónicas de óxidos metálicos se han vuelto muy interesantes. Sin embargo, estos materiales son más complejos, ofreciendo una gama más amplia de posibilidades para ajustar sus propiedades.

Ahora, estos científicos de la Universidad de Tecnología de Viena han dado un paso imporante: han creado un gas de electrones bidimensional en titanato de estroncio. En una fina capa justo por debajo de los electrones de la superficie, puede moverse libremente y ocupar diferentes estados cuánticos.

El titanato de estroncio no es sólo un potencial alternativo a los semiconductores estándar, también podría exponer fenómenos interesantes, tales como superconductividad, termoeléctrica o efectos magnéticos que no se producen en los materiales que se utilizan para los dispositivos electrónicos de hoy en día. Este proyecto vinculó estrechamente cálculos teóricos y experimentos.

No todos los átomos de titanato de estroncio están dispuestos en el mismo patrón: si el material se corta en un ángulo determinado, los átomos de la capa de superficie forman una estructura que es diferente de la de la mayor parte del material.

"En el interior, cada átomo de titanio tiene seis átomos de oxígeno vecinos, mientras que los átomos de titanio en la superficie sólo se conectan a cuatro átomos de oxígeno cada uno", dice la profesora Ulrike Diebold, encargada de la parte experimental. Ésta es la razón para la notable estabilidad química de la superficie porque normalmente tales materiales se dañan si entran en contacto con el agua o el oxígeno.

Algo relevante sucece cuando el material se irradia con ondas electromagnéticas de alta energía: "La radiación puede eliminar átomos de oxígeno de la superficie" , explica Ulrike Diebold. A continuación, otros átomos de oxígeno de dentro de la mayor parte del material se mueven hacia arriba a la superficie. En el interior del material, se acumula una deficiencia de oxígeno, así como un exceso de electrones.

"Estos electrones, que se encuentra en una capa de dos dimensiones muy cerca de la superficie, se pueden mover libremente. Llamamos a esto un gas de electrones", dice Karsten Held, cuyo equipo estudió el material en simulaciones por ordenador.

Ya ha habido algunas pruebas de dos gases de electrones bidimensionales en materiales similares, pero hasta ahora ha sido imposible crear un gas de electrones estable y duradero en una superficie. Las propiedades de los electrones en el gas pueden ser finamente sintonizadas, ya que, dependiendo de la intensidad de la radiación, el número de electrones varía y mediante la adición de diferentes átomos, las propiedades electrónicas también se pueden cambiar.

"En el estado físico de sólido, la llamada estructura de bandas de un material es muy importante. Se describe la relación entre la energía y el impulso de los electrones. Lo notable de nuestra superficie es que muestra completamente diferentes tipos de estructuras de bandas, dependiendo del estado cuántico del electrón", destaca Karsten Held.

El gas de electrones en el nuevo material presenta una multitud de diferentes estructuras electrónicas y algunas de ellas se podrían adecuar muy bien para producir efectos magnéticos interesantes o superconductividad. Los investigadores estudiarán más a fondo las propiedades de titanato de estroncio y esperan que, mediante la aplicación de campos eléctricos externos o la colocación de átomos de metal adicionales en la superficie, el nuevo material pueda revelar un poco más de sus secretos.