|
Imagen de cómo se ven los átomos, de uno en uno, en dos orientaciones de
cristal diferentes (indicadas como 001 y 110). Las imágenes se han
obtenido mediante Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión (Scanning
Transmission Electron Microscopy o STEM). Crédito: ICMAB-CSIC
 |
Un trabajo liderado por científicos del ICMAB-CSIC muestra que el
comportamiento de los electrones en los óxidos de transición, materiales
propuestos para la futura electrónica, depende también de la orientación
cristalina del material. El trabajo arroja pistas para la investigación
y para conseguir propiedades óptimas en los materiales.
Un trabajo liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de
Barcelona del CSIC descubre que el comportamiento de los electrones en
los óxidos de transición, materiales propuestos para la futura
electrónica, depende no sólo del número de electrones que se mueven en
el plano sino de la orientación de ese plano (que depende de la
orientación cristalina del material). El trabajo arroja pistas para la
investigación y para conseguir propiedades óptimas en los materiales.
Hoy en día, el desarrollo de la electrónica convencional –basada
esencialmente en silicio- está llegando a límites fundamentales que
obligan a plantearse nuevos conceptos y materiales para lograr
dispositivos cada vez más eficientes y rápidos. Entre los nuevos
materiales, los óxidos de transición despiertan gran interés, pues
tienen propiedades que están ausentes en materiales convencionales.
Gervasi Herranz, científico del Instituto de Ciencia de Materiales de
Barcelona (ICMAB) del CSIC,
explica: “Con la actual electrónica de silicio, al apagar un ordenador,
la información grabada en los circuitos de silicio, en la SRAM se
volatiliza, y sólo queda guardado lo que se ha grabado en el disco duro.
Eso supone tiempo de procesamiento, de mover (grabar) la información de
la RAM al disco duro o viceversa. Algunos metales de transición tienen
propiedades ferroeléctricas y magnéticas de las que los semiconductores
de silicio carecen, que permitirían guardar la información
instantáneamente, en el mismo lugar en el que se genera, de forma que se
ganaría en rapidez de procesamiento”.
La intercara (del inglés ‘interficie’) entre LaAlO3 y SrTiO3, dos óxidos
de metales de transición con metales como el titanio, es el ejemplo más
representativo. El descubrimiento de que estos materiales tienen
propiedades superconductoras y magnéticas, ha aumentado el interés de
estos materiales para la electrónica del futuro.
Hasta ahora se sabía que los electrones en estos óxidos de metales de
transición se mueven en un plano, es decir, su movimiento solamente se
puede dar en dos dimensiones, y es por ello que se habla de un gas
electrónico bidimensional (ver ilustración a).
A bajas temperaturas estos óxidos se vuelven superconductores, formando
pares de electrones (los llamados pares de Cooper). La manera en que
estos pares de electrones se hallan ligados depende tanto del número de
electrones –modulado por campos eléctricos (a)– como de la orientación
cristalina que determina el eje cristalográfico a lo largo del cual los
electrones están confinados en dos dimensiones (b).
Ahora, un trabajo desarrollado por el grupo liderado por Gervasi
Herranz, en el que han participan investigadores del ICMAB-CSIC en
Barcelona, el ESPCI-ParisTech (Francia) y Oak Ridge National Laboratory
(USA) ha permitido establecer que el comportamiento de los electrones en
estos óxidos depende no sólo del número de electrones que se mueven en
el plano sino, también, de la orientación de este plano. A bajas
temperaturas estos óxidos se vuelven superconductores, formando pares de
electrones (los llamados pares de Cooper). La manera en que estos pares
de electrones se hallan ligados depende tanto del número de electrones
–modulado por campos eléctricos (ilustración a)– como de la orientación
cristalina que determina el eje cristalográfico a lo largo del cual los
electrones están confinados en dos dimensiones (ilustración b).
Cambiando la orientación cristalina del material se cambian también las
propiedades de los electrones.
Dicho de otra forma, “cambiando la orientación cristalina del material
se cambian también las propiedades de los electrones”. El
descubrimiento, que se ha publicado en la revista Nature Communications,
arroja pistas para la investigación y para conseguir propiedades óptimas
en los materiales.
Otra repercusión del trabajo liderado por el ICMAB-CSIC concierne al
spin de los electrones. Más allá de la carga, los electrones poseen un
pequeño momento magnético, el espin. La posibilidad de explotar el spin
de los electrones, en vez de solamente su carga (como se hace en los
transistores de hoy en día), despierta gran interés porque repercute en
un control más eficiente de las propiedades de los electrones y en un
menor consumo de energía para los dispositivos basados en el control de
spin.
“Nuestro trabajo ofrece nuevas vías de investigación de gases
bidimensionales de electrones en materiales óxidos, donde nuevas
propiedades físicas, ausentes en materiales convencionales, pueden ser
explotadas para prefigurar nuevos conceptos en dispositivos electrónicos
más allá de los esquemas convencionales. En particular, vemos que el
momento magnético (espín) de los electrones se orienta según cómo se
mueven en el plano y de la orientación cristalina de dicho plano. Ello
abre la posibilidad de explotar el spin de los electrones, en vez de su
carga, en estos óxidos, de ahí su gran interés”.
FUENTE: CSIC 14.01.2015
G. Herranz at al.,
Engineeringtwo-dimensional
superconductivity and Rashba spin–orbit coupling inLaAlO3/SrTiO3 quantum
wells by selective orbital occupancy, NatureCommunications 2014,
oi:10.1038/ncomms7028
www.cci-calidad.com |
