Algunos materiales pueden generar un pequeño voltaje cuando se doblan y, en cambio, puede doblarse en respuesta a un voltaje. Este fenómeno se llama flexoelectricidad, y hasta ahora Se pensaba que el efecto solo existía en los aislantes eléctricos (materiales que no conducen la electricidad). Sin embargo, un equipo de investigación del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) de Barcelona informa hoy en un artículo en Naturaleza que los efectos de tipo flexoeléctrico son más omnipresentes de lo que se pensaba anteriormente. Los investigadores del ICN2 informan que los semiconductores, que se puede considerar a medio camino entre los aislantes eléctricos y los metales reales, también generan electricidad en respuesta a la flexión.

Esto es importante porque los semiconductores son una familia común de materiales comúnmente usados ​​en transistores (el corazón de los circuitos integrados) y celdas fotovoltaicas. Los nuevos resultados muestran que, en principio, es posible utilizarlos como sensores de presión y microgeneradores eléctricos.

Los autores del estudio son la Dra. Jackeline Narvaez, Estudiante de doctorado Fabián Vásquez-Sancho, y el profesor de investigación ICREA Gustau Catalan.

Flexoelectricidad generalizada

La flexoelectricidad ocurre como consecuencia de cualquier asimetría en la deformación de un material. Doblar un material fuerza a los átomos a acercarse dentro de la curva, y más separados en el exterior. Esta redistribución de los átomos obliga a la redistribución de sus cargas eléctricas, que se puede aprovechar para establecer una corriente eléctrica entre el interior y el exterior del codo.

Hasta ahora, se sabía que todos los aislantes eléctricos pueden ser flexoeléctricos. El sorprendente descubrimiento de los científicos del ICN2 es que los semiconductores también pueden ser flexoeléctricos y, de hecho, pueden generar más carga que los aislantes. El ingrediente clave de esta nueva electricidad inducida por flexión está en la superficie de los materiales.

La superficie es el dispositivo

los Naturaleza artículo, publicado en línea hoy, describe cómo los cristales de un material inicialmente aislante son capaces de generar 1000 veces más electricidad de flexión cuando se dopan para convertirse en semiconductores. La razón es que aunque el interior de estos cristales se vuelve conductor como resultado del dopaje, las superficies permanecen aislantes. Esto significa que las superficies no solo pueden seguir polarizándose, pero ademas, reciben un impulso de carga adicional del interior semiconductor.

Debido a que la respuesta electromecánica en los semiconductores está dominada por la superficie en lugar del volumen, los autores llaman a este efecto "tipo flexoeléctrico". La respuesta es idéntica a la flexoelectricidad desde un punto de vista práctico, es una corriente eléctrica generada en respuesta a la flexión, pero diferente del punto de vista fundamental de su origen.

También es de destacar que medir la respuesta flexoeléctrica de la superficie es un hito científico importante por derecho propio. En todas las mediciones anteriores, que se realizaron en aisladores en lugar de semiconductores, la señal de la superficie siempre se mezcló con la señal masiva proveniente del interior del cristal. Esta es la primera vez que se mide la respuesta de la superficie por separado.

Los semiconductores flexoeléctricos también son competitivos a macroescala

La flexoelectricidad tradicional (es decir, la flexoelectricidad de los aisladores) es importante a nanoescala. Hasta ahora, sin embargo, no era práctico a macroescala. En lugar de, el efecto dominante en la macroescala fue la piezoelectricidad, mediante el cual algunos materiales generan electricidad en respuesta a la compresión, en lugar de agacharse. La razón es que los materiales son mucho más difíciles de doblar cuando son gruesos (macroescala) que cuando son delgados (nanoescala), lo cual es intuitivo, piense en lo difícil que es doblar un libro de 1000 páginas en comparación con doblar una hoja de papel.

Sin embargo, la respuesta tipo flexoeléctrica de los semiconductores tiene una característica importante:aumenta con el espesor del material. Por lo tanto, la pérdida de flexibilidad se compensa con el aumento de la flexoelectricidad, y esto permite una producción competitiva independientemente del grosor del dispositivo. Crucialmente, esta respuesta de tipo flexoeléctrico puede estar presente en principio en cualquier material semiconductor, Considerando que la piezoelectricidad solo es posible en un número limitado de materiales, los mejores son a base de plomo y, por tanto, tóxicos.

Los autores están tan convencidos de la utilidad potencial de su descubrimiento que han presentado una patente y actualmente están buscando socios industriales para desarrollar aplicaciones tecnológicas de flexoelectricidad de semiconductores.