Investigadores del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC y la Universidad de Stanford hicieron un superdelgado, membrana flexible de un óxido normalmente frágil haciéndolo crecer sobre una superficie recubierta con un compuesto que se disuelve en agua. Cuando se disolvió el revestimiento, la membrana (rojo oscuro) flotó libremente. Estirar esta membrana reveló cómo la tensión afecta las propiedades electrónicas del material. Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Una forma de cambiar las propiedades de un material es estirarlo un poquito, por lo que sus átomos están más separados pero los enlaces entre ellos no se rompen. Esta distancia adicional afecta el comportamiento de los electrones, que determinan si el material es un aislante o un conductor de electricidad, por ejemplo.
Pero para una clase importante de materiales de óxidos complejos, el estiramiento no funciona tan bien; son tan frágiles como tazas de café de cerámica y se romperían.
Los científicos del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía y de la Universidad de Stanford ahora han encontrado una forma de solucionar este problema para un óxido complejo conocido como LCMO. Crearon un superdelgado, membrana flexible del material normalmente frágil, usó micromanipuladores para estirarlo en un pequeño aparato y lo pegó en su lugar para preservar el estiramiento.
Aplicando calor suave para derretir el pegamento, podían soltar y estirar la misma membrana transparente una y otra vez y verla pasar de ser un aislante a un conductor y viceversa. El estiramiento también cambió sus propiedades magnéticas.
"Realmente podemos estirar y tensar estas cosas de manera espectacular, hasta en un 8%, "dijo Harold Hwang, profesor de SLAC y Stanford e investigador del Instituto de Ciencias de los Materiales y la Energía de Stanford (SIMES). "Esto abre un mundo completamente nuevo de posibilidades que tendrán un impacto más allá de este estudio en particular".
El equipo de investigación informó sus hallazgos en Ciencias hoy dia.
Nuevas formas de flotar libremente y estirarse
LCMO, o óxido de manganeso cálcico de lantano, es lo que se conoce como material cuántico porque sus electrones se comportan de formas poco convencionales y a menudo sorprendentes. Los científicos quieren poder controlar y ajustar este comportamiento para una nueva generación de electrónica con aplicaciones en la transmisión de potencia, transporte, informática, sensores y detectores.
Para ver cómo la tensión afecta las propiedades electrónicas de un material de óxido quebradizo, investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory y de la Universidad de Stanford lo convirtieron en un membrana flexible, usó micromanipuladores para estirarlo en un pequeño aparato y lo pegó en su lugar para preservar el estiramiento. El estiramiento cambió el material de un conductor eléctrico a un aislante y cambió sus propiedades magnéticas. La técnica se puede utilizar para estudiar y diseñar una amplia gama de materiales para su uso en cosas como sensores y detectores. Crédito:Seung Sae Hong, Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Las películas delgadas de materiales cuánticos generalmente se cultivan en la superficie de otro material. Hace cuatro años, El grupo de Hwang informó una manera fácil de separar esas delicadas capas para poder estudiarlas de nuevas formas.
Uno de los investigadores que trabajó en ese estudio, Seung Sae Hong, dirigió este también. Usó el nuevo método para crear y liberar pequeñas piezas de LCMO que eran más delgadas que nunca, de menos de 20 nanómetros de espesor. Eran casi transparentes y sorprendentemente flexibles.
Estirando directamente un pequeño, la chatarra frágil sería difícil, pero Hong solucionó ese problema colocándolo en una película delgada de polímero, algo así como una bolsa de plástico de una tienda de comestibles, donde se pegó por su propia voluntad.
Luego sujetó la película de polímero en cada uno de sus cuatro lados y usó un micromanipulador para tirar y estirar, a veces en una dirección, a veces en ambas direcciones a la vez. Una vez que se estiró la LCMO, su respaldo de polímero podría pegarse a otra superficie y llevarse a otro instrumento para examinarlo con rayos X.
Cambiando estados electrónicos
"Los experimentos fueron bastante tediosos y difíciles, "dijo Hong, que ahora es profesor asistente en la Universidad de California, Davis. "Mirábamos la película, calentarlo para ablandar el pegamento y relajar el estiramiento, manipularlo de alguna otra manera, congélalo en su lugar y míralo de nuevo ".
Los investigadores pudieron medir directamente el espacio entre los átomos y confirmar que aumentaba con el estiramiento. También midieron la resistencia eléctrica del LMCO y descubrieron que el estiramiento lo volteó de un estado metálico que conduce fácilmente la electricidad a un estado aislante. que no lo hace. La aplicación de un fuerte campo magnético cambió el estado magnético del material y también lo convirtió en un metal.
"Como herramienta científica, esto es realmente emocionante, ", Dijo Hong." Abre oportunidades para manipular mecánicamente amplias clases de materiales de formas que no podíamos hacer antes. Y nos da ideas sobre cómo podríamos diseñar materiales flexibles para dispositivos electrónicos, incluidos sensores y detectores que miden cambios muy pequeños ".
