Un toque de oro, u otro metal noble, puede cambiar la estructura de un cristal y sus propiedades intrínsecas, físicos de la Universidad de Warwick han demostrado en una demostración de alquimia moderna.

Los científicos de la Universidad de Warwick han encontrado una forma de inducir efectos eléctricos en cristales de los que antes no eran capaces. como convertir el movimiento o el calor en electricidad, simplemente agregando una pieza de metal a su superficie.

Su método se detalla en un nuevo artículo publicado hoy en Naturaleza y demuestra que los efectos pueden ser de mayor magnitud que los materiales voluminosos estudiados convencionalmente, lo que lo hace ideal para su uso en tecnologías como sensores, conversión de energía y tecnologías móviles.

La clave de la técnica está en romper la simetría de la estructura del cristal. Un cristal puede estar hecho de varios átomos diferentes, pero el término describe una estructura ordenada de partículas que forman un patrón simétrico.

Profesora Marin Alexe, coautor principal del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:"En física, esos materiales son bastante aburridos. Desde el punto de vista de la funcionalidad, la simetría no es lo mejor que quieres tener. Quieres romper la simetría de tal forma que obtengas nuevos efectos ".

El cristal puede funcionar como semiconductor, permitiendo que una corriente eléctrica fluya a través de él. Añadiendo una pequeña pieza de metal a la superficie del cristal, los científicos crearon una unión conocida como unión Schottky. Esto induce un campo eléctrico en el semiconductor que excita la estructura del semiconductor debajo del metal, rompiendo su simetría y permitiendo nuevos efectos que antes no eran posibles.

Los efectos que observaron los investigadores incluyeron un efecto piezoeléctrico, en el que el movimiento se convierte en energía eléctrica o viceversa; y un efecto piroeléctrico, donde el calor se convierte en energía eléctrica. Estas propiedades se conocen como efectos de interfaz y se limitan a una región muy poco profunda del cristal. debajo de los metales.

Dr. Mingmin Yang, quien realizó el trabajo en la Universidad de Warwick y desde entonces se mudó al instituto RIKEN en Japón, dijo:"Generalmente, las propiedades de estos cristales están determinadas por dos factores:las propiedades intrínsecas de los elementos que componen el cristal, y cómo esos elementos están dispuestos para formar ese cristal, lo que llamamos su simetría.

"Nuestra investigación está demostrando que la forma en que se organizan esos elementos no solo está determinada por su propia naturaleza, también se pueden ajustar por influencia externa. Una vez que usamos esa influencia para cambiar su disposición, pueden exhibir propiedades que anteriormente les estaban prohibidas. "

Los investigadores utilizaron los metales nobles oro y platino para crear su unión debido a su alta función de trabajo termodinámico. pero cobre, plata, oro, el iridio o el platino también serían buenas opciones. Por los cristales Titanato de estroncio, Se utilizaron dióxido de titanio y silicio. Ninguno de estos materiales mostraría normalmente un efecto piezoeléctrico o piroeléctrico.

Una vez que los materiales poseen el efecto piezoeléctrico o piroeléctrico, pueden producir electricidad cuando experimentan fuerza (en el caso del efecto piezoeléctrico) o un cambio de temperatura (en el caso del efecto piroeléctrico). Al detectar la electricidad generada en los materiales, los científicos pudieron confirmar la existencia de estos efectos.

Los efectos observados dan a la técnica un gran potencial para su uso en sensores, que requieren alta sensibilidad, o en tecnologías que se basan en la conversión de energía. Como efecto piezoeléctrico, los cristales pueden cosechar energía, o funciona como actuador o transductor. Con el efecto piroeléctrico, pueden funcionar como un sensor o en imágenes infrarrojas.

Además, la pequeña escala en la que se ve este efecto y su alta eficiencia lo harían ideal para su uso en tecnologías móviles.

En el trabajo anterior del equipo, han examinado las formas de romper la simetría por medios mecánicos. Este trabajo analizó la posibilidad de romper la simetría utilizando un campo eléctrico.

El profesor Alexe añadió:"Los materiales con simetría rota son ricos en funcionalidades. Para mejorar estas funcionalidades, normalmente es necesario modificar la estructura del material. Esto requiere desplegar una complicada química de estado sólido seguida de investigaciones detalladas.

"Ahora tiene un camino completamente diferente para modificar estos materiales y la capacidad de ajustar el efecto, algo que no hemos podido hacer antes. Eso abre el campo a muchas otras posibilidades con estos materiales y es posible que no sepamos a dónde conducen ".