Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y del Instituto RAS de Electromagnetismo Teórico y Aplicado han descubierto qué hace que las películas de dióxido de vanadio conduzcan electricidad. Publicado en Revisión física B , sus hallazgos permitirán dispositivos de imagen térmica con una sensibilidad y una velocidad de reacción superiores a las de los análogos existentes en la actualidad.

Mientras que películas delgadas de 100 nanómetros de dióxido de vanadio (VO ₂ ) normalmente no conducen electricidad, su resistencia cae hasta 100, 000 veces cuando se calienta ligeramente. Esto puede suceder bajo voltaje aplicado, por ejemplo. Esa propiedad se utiliza para crear dispositivos y sensores conmutables de alta velocidad para corriente continua o señal alterna en terahercios, microonda, óptico, o rango de infrarrojos.

Los científicos de materiales encontraron VO ₂ las películas podrían volverse conductoras a mediados del siglo XX. Hasta ahora, Se desconocía el mecanismo preciso detrás del cambio en las propiedades eléctricas del material. Ser consciente de ese mecanismo permite el diseño de materiales orientado a la aplicación. Eso incluye la síntesis de películas delgadas con propiedades predefinidas, como la temperatura a la que cambia la conductividad o la relación entre las resistencias antes y después del calentamiento.

"Entre las cosas más útiles para las que estas películas podrían ser valiosas se encuentran los sensores para bolómetros no refrigerados. Los bolómetros son la base de los sistemas de imágenes térmicas. VO ₂ las películas pueden aumentar su sensibilidad y velocidad de reacción, extender su aplicabilidad a objetos que se mueven rápidamente, ", comentó el coautor del estudio y estudiante de doctorado del MIPT, Viktor Polozov, de la Escuela de Física e Investigación Landau de la universidad.

Los investigadores del MIPT propusieron un escenario para una VO ₂ transición de la película entre el estado aislante y el conductor. Primero, la película se calienta y esporádicamente emergen en ella áreas conductoras. Entonces esas áreas se vinculan, convirtiéndose en un canal que hace que la película conduzca actual. El calentamiento adicional ensancha el canal, reduciendo la resistencia de la película.

Este proceso ocurre a través de un llamado régimen de explosión. Ya se han hecho observaciones similares en otros materiales. Por ejemplo, este régimen también es característico de la transición superconductora en superconductores de alta temperatura.

Para demostrar que VO ₂ las películas se someten a un proceso similar, los investigadores rusos se basaron en una combinación de teoría y experimento. Por un lado, utilizaron los modelos disponibles que describen los procesos que ocurren en el régimen de explosión para predecir teóricamente las características de corriente-voltaje de las películas y cómo la resistencia debería variar con la temperatura. Por otra parte, el equipo sintetizó sus propias películas con propiedades distintas y midió sus parámetros experimentalmente.

"Los cálculos teóricos coincidieron con los resultados experimentales, y eso era cierto en el caso de películas de diferentes estructuras depositadas sobre diferentes sustratos. Esto nos llevó a concluir que el mecanismo involucrado es universal, es decir, explica la conductividad inducida térmicamente en todos los VO delgados ₂ Película (s, "dijo el profesor Alexander Rakhmanov de la Escuela de Física e Investigación Landau en MIPT, quien fue coautor del estudio.

Los investigadores confirmaron su hipótesis sobre la transición en VO ₂ caracterizándose por un régimen explosivo. Ahora que saben que este mecanismo es la base de la transición, el equipo puede modelar ese proceso. Este será el foco de sus investigaciones futuras.