Los elementos de la tabla periódica se dividen en metales, semimetales y no metales. La distinción se basa en sus propiedades químicas y físicas y está determinada, en particular, por el movimiento de los electrones y la capacidad de los materiales para conducir energía eléctrica:los metales son excelentes conductores, los semimetales tienen una conductividad limitada, los no metales son materiales aislantes, no conduce electricidad.
Estos estados, sin embargo, no son inmutables. Sabemos que un material aislante se puede transformar en metal:con química, introduciendo en el material átomos con distinto número de electrones; o con presiones muy altas, una condición que sólo se puede crear en laboratorios especializados y que es difícil de transferir a otras aplicaciones tecnológicas.
Avances científicos ha publicado los resultados de un estudio realizado por el Departamento de Física de la Universidad de Trento, el Departamento de Física de la Universidad de California Berkeley y la División de Ciencia de Materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley que propone una tercera vía para la transformación de una material aislante en un semimetal.
"Hemos observado que, al exponer un material aislante a pulsos de láser ultrarrápidos (10 femtosegundos, o 10 millones de billonésimas de segundo), es posible alterar el movimiento de los electrones", afirma Alessandra Lanzara, profesora de Física de la UC Berkeley y autor correspondiente del estudio, junto con Ph.D. estudiante Maxi Huber, autor principal del artículo.
Este resultado sólo se puede lograr mediante fotoexcitación por encima de un umbral de fluencia y con el material adecuado. "Utilizamos diseleniuro de titanio (1T-TiSe2 ), un material que tuve la oportunidad de estudiar en profundidad durante mi carrera", afirma el profesor Matteo Calandra de UniTrento y el investigador Giovanni Marini, coautores del estudio.
"El diseleniuro de titanio tiene características muy especiales:es un material aislante, pero parece un metal. Por ejemplo, es brillante, mientras que los no conductores suelen ser opacos y no reflejan la luz."
Según los resultados experimentales y los cálculos de los dos equipos de investigación, la exposición de este material a pulsos láser ultrarrápidos altera sus estados energéticos y el movimiento de los electrones y, por encima de un umbral de fluencia, lo transforma en un semimetal durante un corto período de tiempo (justo menos de 500 femtosegundos).
Hay una diferencia respecto a la transformación química:la transformación del material no es permanente y tan pronto como se interrumpe la exposición al láser, vuelve a su estado original. Este proceso multiplica las posibles aplicaciones.
"Por ejemplo", explica Calandra, "podemos imaginar dispositivos con propiedades que pasen de aislantes a semimetálicas en muy poco tiempo, característica necesaria para desarrollar ordenadores mucho más potentes, capaces de procesar cálculos complejos en muy poco tiempo". Hoy en día, la capacidad de computación se basa en el uso de campos eléctricos, pero la posibilidad de utilizar la luz abre nuevos horizontes en este campo de aplicación."
UniTrento trabajó en la parte teórica y de simulación del artículo. La Universidad de Berkley se centró en la parte experimental de la investigación.
Más información: Maximilian Huber et al, Creación ultrarrápida de un estado semimetálico inducido por la luz en 1T-TiSe2 fuertemente excitado. , Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4481
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Trento
