Grafeno una capa de carbono de un solo átomo de espesor, ha generado mucha investigación sobre su electrónica única, propiedades ópticas y mecánicas. Ahora, Los investigadores del MIT han encontrado otro compuesto que comparte muchas de las características inusuales del grafeno y, en algunos casos, tiene interesantes propiedades complementarias a este material tan anunciado.

El material, una fina película de bismuto-antimonio, puede tener una variedad de diferentes características controlables, los investigadores encontraron, dependiendo de la temperatura y la presión ambiente, el espesor del material y la orientación de su crecimiento. La investigación, llevado a cabo por el candidato a doctorado en ciencia e ingeniería de materiales Shuang Tang y la profesora del Instituto Mildred Dresselhaus, aparece en la revista Nano letras .

Como el grafeno el nuevo material tiene propiedades electrónicas que se conocen como conos de Dirac bidimensionales, término que se refiere al gráfico en forma de cono que representa la energía frente al momento de los electrones que se mueven a través del material. Estas propiedades inusuales, que permiten que los electrones se muevan de una manera diferente a la que es posible en la mayoría de los materiales, pueden otorgar a las películas de bismuto-antimonio propiedades que son muy deseables para aplicaciones en la fabricación de chips electrónicos de próxima generación o generadores termoeléctricos y refrigeradores.

En tales materiales, Tang dice, los electrones "pueden viajar como un rayo de luz, ”Haciendo posible potencialmente nuevos chips con capacidades computacionales mucho más rápidas. En algunos casos, el flujo de electrones puede ser cientos de veces más rápido que en los chips de silicio convencionales. él dice.

Similar, en una aplicación termoeléctrica, donde una diferencia de temperatura entre dos lados de un dispositivo crea un flujo de corriente eléctrica, el movimiento mucho más rápido de los electrones, junto con fuertes propiedades de aislamiento térmico, podría permitir una producción de energía mucho más eficiente. Esto podría resultar útil para alimentar satélites al explotar la diferencia de temperatura entre sus lados iluminados por el sol y sombreados, Dice Tang.

Estas aplicaciones siguen siendo especulativas en este momento, Dresselhaus dice:porque se necesita más investigación para analizar propiedades adicionales y eventualmente probar muestras del material. Este análisis inicial se basó principalmente en el modelado teórico de las propiedades de la película de bismuto-antimonio.

Hasta que se llevó a cabo este análisis, Dresselhaus dice:"Nunca pensamos que el bismuto" tuviera el potencial de las propiedades del cono de Dirac. Pero los hallazgos inesperados recientes que involucran una clase de materiales llamados aislantes topológicos sugirieron lo contrario:los experimentos llevados a cabo por un colaborador ucraniano sugirieron que las propiedades del cono de Dirac podrían ser posibles en las películas de bismuto-antimonio.

Si bien resulta que las finas películas de bismuto-antimonio pueden tener algunas propiedades similares a las del grafeno, el cambio de las condiciones también permite realizar una variedad de otras propiedades. Eso abre la posibilidad de diseñar dispositivos electrónicos hechos del mismo material con diferentes propiedades, depositado una capa encima de otra, en lugar de capas de diferentes materiales.

Las propiedades inusuales del material pueden variar de una dirección a otra:los electrones que se mueven en una dirección pueden seguir las leyes de la mecánica clásica, por ejemplo, mientras que los que se mueven en dirección perpendicular obedecen a la física relativista. Esto podría permitir que los dispositivos prueben la física relativista de una manera más barata y sencilla que los sistemas existentes. Tang dice, aunque esto queda por demostrar a través de experimentos.

"Nadie ha creado ningún dispositivo todavía" a partir del nuevo material, Dresselhaus advierte, pero añade que los principios son claros y que el análisis necesario debería tardar menos de un año en realizarse.

"Cualquier cosa puede pasar, realmente no lo sabemos ”Dice Dresselhaus. Tales detalles quedan por aclarar, ella dice, y agrega:"Quedan muchos misterios antes de que tengamos un dispositivo real".

Joseph Heremans, un profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio que no participó en esta investigación, dice que si bien se conocen algunas propiedades inusuales del bismuto desde hace mucho tiempo, “Lo que sorprende es la riqueza del sistema calculado por Tang y Dresselhaus. La belleza de esta predicción se ve reforzada por el hecho de que el sistema es bastante accesible desde el punto de vista experimental ".

Heremans agrega que en futuras investigaciones sobre las propiedades del material de bismuto-antimonio, “Habrá dificultades, y algunos ya se conocen, ", Pero dice que las propiedades son lo suficientemente interesantes y prometedoras como para que" este artículo debería estimular un gran esfuerzo experimental ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.