Algunos óxidos metálicos, como los niquelatos, tener una resistividad sintonizable, lo que los convierte en un material interesante para la electrónica adaptable y la computación cognitiva. Estos materiales pueden cambiar su naturaleza de metálica a aislante. Cómo se produce exactamente esta transición metal-aislante es un tema de gran interés en la física de la materia condensada. Sin embargo, incluso el comportamiento metálico de los niquelatos parece inusual. Científicos de la Universidad de Groningen, junto a compañeros de España, Ahora han descubierto que no es tan complejo como se suponía anteriormente. Los resultados fueron publicados el 11 de junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

En un metal los electrones pueden moverse libremente, mientras que en aisladores, están fuertemente localizados alrededor de los núcleos atómicos. Cuando un metal se calienta, Las vibraciones de los iones (llamados fonones) dispersan los electrones en movimiento y aumentan la resistividad. A diferencia de, el calentamiento puede generar conductividad en algunos aislantes, cuando los electrones reciben suficiente energía para ser liberados y cruzan la banda prohibida de energía que de otra manera les impide moverse.

Explicaciones exóticas

"En algunos óxidos, como los niquelatos, puede ocurrir una transición de aislante a metal, pero no está claro cómo sucede esto, "dice Beatriz Noheda, profesor de nanomateriales funcionales y director del Centro de Materiales y Sistemas Cognitivos de Groningen (CogniGron) en la Universidad de Groningen. Ella y su Ph.D. Los estudiantes Qikai Guo están interesados ​​en los niquelatos porque es posible ajustar su resistividad. Podrían usarse en dispositivos que emulan la forma en que funcionan las sinapsis en nuestro cerebro.

"Antes de que podamos hacer esto, debemos entender cuál es la naturaleza del estado más simple, el estado del metal, es. Esto significa comprender cómo se mueven los electrones en el material cuando se les aplica un campo eléctrico, "explica Noheda. Un cambio lineal en la resistividad (un exponente de 1 en la curva que representa la resistividad en función de la temperatura) puede explicarse mediante un modelo simple en el que los electrones se ven impedidos por la vibración de los iones". para un exponente que no es 1, se han sugerido explicaciones más exóticas, basado en la presencia de fluctuaciones en los espines de los electrones de níquel y las interacciones electrón-electrón que ocurren cuando el sistema está cerca de un punto crítico cuántico ".

Cepa

Sin embargo, en películas delgadas de niquelato de neodimio (NdNiO ₃ ), Noheda y su equipo observaron que el exponente era 1 en algunas muestras, mientras que en otras muestras del mismo material, no era. Esto sugiere que el exponente no es una propiedad intrínseca. Noheda:"Eso nos llevó a analizar sistemáticamente muestras cultivadas en diferentes sustratos". Los resultados mostraron que en películas perfectas, el exponente es 1, lo que significa que la resistividad es causada por fonones, como en los metales normales. Sin embargo, cuando el sustrato que se utiliza induce deformación en la película fina, el exponente cambia.

La tensión conduce a vacantes de oxígeno en los cristales y cambia las fuerzas entre los iones y, por lo tanto, las energías electrónicas. Ese, Sucesivamente, cambia la resistividad de los materiales. "Lo que descubrimos es que podemos controlar el número de vacantes y ajustar continuamente el exponente de resistividad a voluntad, que es una perilla de afinación que no sabíamos que teníamos. Por lo tanto, comprender el estado del metal en estos niquelatos puede no requerir interacciones exóticas electrón-electrón, "Concluye Noheda.

Dispositivos sinápticos

Aprender a controlar el estado del metal y la transición al estado del aislante ayudará a los científicos a diseñar dispositivos electrónicos basados ​​en niquelatos. que puede emular la forma en que funcionan las neuronas. Ese es el objetivo final de Noheda y su equipo. "Ahora sabemos que estos niquelatos son más similares a los metales normales de lo que pensábamos anteriormente. Esto significa que pueden ser muy buenos conductores si nos aseguramos de que no haya vacantes de iones en el cristal. De esta manera, la transición a la fase de aislamiento provoca mayores cambios de resistencia, conduciendo a dispositivos sinápticos con plasticidad mejorada ".

En estos experimentos, el cambio de resistividad en estos niquelatos fue inducido por un aumento de temperatura. "Por supuesto, esto no es ideal cuando se quiere hacer un dispositivo. Nuestro siguiente paso es diseñar el material de tal manera que podamos ajustar la resistividad usando un campo eléctrico, "Concluye Noheda.