La electrónica gobierna nuestro mundo pero los electrones gobiernan nuestra electrónica. Un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Ohio ha descubierto una forma de simplificar la forma en que los dispositivos electrónicos usan esos electrones, utilizando un material que puede cumplir una doble función en la electrónica, donde históricamente han sido necesarios múltiples materiales.

El equipo publicó sus hallazgos el 18 de marzo en la revista. Materiales de la naturaleza .

"Básicamente, hemos encontrado un material de doble personalidad, "dijo Joseph Heremans, coautor del estudio, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial y becario eminente de Ohio en nanotecnología en el estado de Ohio. "Es un concepto que no existía antes".

Sus hallazgos podrían significar una renovación de la forma en que los ingenieros crean todos los diferentes tipos de dispositivos electrónicos. Esto incluye todo, desde células solares, a los diodos emisores de luz de su televisor, a los transistores de su computadora portátil, ya los sensores de luz en la cámara de su teléfono inteligente.

Esos dispositivos son los componentes básicos de la electricidad:cada electrón tiene una carga negativa y puede irradiar o absorber energía dependiendo de cómo se manipule. Agujeros, esencialmente, la ausencia de un electrón — tiene una carga positiva. Los dispositivos electrónicos funcionan moviendo electrones y agujeros, esencialmente conduciendo electricidad.

Pero históricamente cada parte del dispositivo electrónico solo podría actuar como soporte de electrones o un soporte de agujero, no ambos. Eso significaba que la electrónica necesitaba múltiples capas y múltiples materiales para funcionar.

Pero los investigadores del estado de Ohio encontraron un material:NaSn ₂ Como ₂ , un cristal que puede ser a la vez portador de electrones y hueco, eliminando potencialmente la necesidad de múltiples capas.

"Es este dogma en la ciencia, que tienes electrones o tienes huecos, pero no tienes ambos. Pero nuestros hallazgos le dan la vuelta a eso, "dijo Wolfgang Windl, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el estado de Ohio, y coautor del estudio. "Y no es que un electrón se convierta en un agujero, porque es el mismo conjunto de partículas. Aquí, si miras el material de una manera, parece un electrón, pero si miras de otra manera, parece un agujero ".

El hallazgo podría simplificar nuestra electrónica, quizás creando sistemas más eficientes que operan más rápidamente y se rompen con menos frecuencia.

Piense en ello como una máquina de Rube Goldberg, o el juego de mesa Mouse Trap de la década de 1960:cuantas más piezas en juego y más partes móviles, la energía viaja con menor eficiencia por el sistema y es más probable que algo falle.

"Ahora, tenemos esta nueva familia de cristales en capas donde los portadores se comportan como electrones cuando viajan dentro de cada capa, y agujeros al viajar a través de las capas. ... Puede imaginar que podría haber algunos dispositivos electrónicos únicos que podría crear, "dijo Joshua Goldberger, profesor asociado de química y bioquímica en el estado de Ohio.

Los investigadores llamaron a este fenómeno de capacidad dual "goniopolaridad". Creen que el material funciona de esta manera debido a su estructura electrónica única, y decir que es probable que otros materiales estratificados puedan exhibir esta propiedad.

"Simplemente no los hemos encontrado todavía, ", Dijo Heremans." Pero ahora sabemos buscarlos ".

Los investigadores hicieron el descubrimiento casi por accidente. Un investigador estudiante de posgrado en el laboratorio de Heremans, Bin He, estaba midiendo las propiedades del cristal cuando notó que el material se comportaba a veces como un soporte de electrones y a veces como un soporte de agujeros, algo que, en ese punto, la ciencia pensaba que era imposible. Pensó que tal vez había cometido un error, ejecuté el experimento una y otra vez, y obtuve el mismo resultado.

"Fue esto a lo que prestó atención y no asumió nada, "Dijo Heremans.