(Phys.org) —Los científicos recién están comenzando a descubrir e investigar materiales que pueden cambiar de aisladores a conductores a temperatura ambiente bajo un voltaje aplicado. Hay solo unos pocos ejemplos conocidos, pero su potencial para su uso en nuevas tecnologías - tan futurista como la "capa de invisibilidad" puesta por Harry Potter en la serie de libros del mismo nombre - es muy emocionante.

En NSLS, Los investigadores han estudiado una nueva adición a este grupo de élite, nanocables hechos de bronce de óxido de vanadio, y han medido drásticamente, Transiciones nunca antes vistas de aislante a conductor. Su trabajo también insinúa lo que sucede a nivel atómico. Este es un paso crucial hacia el desarrollo de posibles aplicaciones, que incluyen un tipo de memoria de computadora conocida como memristor, ahora en desarrollo en algunas empresas; nuevas variedades de recubrimientos electrocrómicos, películas delgadas que cambian de color reversiblemente en respuesta a un voltaje aplicado; y transistores.

Aquí, investigadores de la Universidad de Buffalo utilizaron varios métodos de rayos X y microscopía para estudiar los nanocables, algunos para caracterizar los cables después de la síntesis y otros para "ver" lo que sucedió cuando los cables se comprimieron en gránulos y se sometieron a un campo eléctrico. Juntos, las técnicas proporcionan una imagen detallada de las estructuras atómicas y electrónicas de los cables antes y después de la transición.

Los alambres están hechos de los elementos vanadio, oxígeno, y plomo (en forma de iones positivos). El grupo los creó utilizando un método de síntesis que produce muestras de muy alta calidad. Este es un logro importante en sí mismo, dado que la incapacidad de crear muestras con estructuras que están casi libres de defectos ha sido anteriormente un obstáculo para el estudio de estos materiales, ya que demasiadas imperfecciones sofocan el fenómeno.

Cuando el grupo aplicó un voltaje a los gránulos de nanocables, observaron cómo la corriente aumentaba muy lentamente y luego aumentaba a un cierto umbral de voltaje. Si bien este efecto fue el más dramático a temperaturas frías, todavía era evidente hasta la temperatura ambiente.

Las mediciones de rayos X indican que el mecanismo detrás de la transición es una inundación de portadores de carga (electrones) que ocurre cuando el voltaje alcanza el umbral. Este aumento en la densidad de portadores "derrite" el patrón de orden de carga, la disposición ordenada de sitios dentro de la red atómica donde se agrupan los electrones.

"Estos nanocables constituyen una rara adición a la lista de materiales que exhiben una pronunciada transición metal-aislante eléctricamente sintonizable a temperatura ambiente, "dijo Sarbajit Banerjee de la Universidad de Buffalo, investigador principal del estudio. "La inducción eléctrica de un umbral de densidad de portadores puede desenmascarar una amplia variedad de fenómenos de transporte ecléctico en estos materiales, y estamos emocionados de seguir investigando esto ".

Adicionalmente, El análisis del grupo muestra que cada nanoalambre es casi perfectamente cristalino y, con un diámetro medio de 170 nanómetros (nm) y una longitud al menos 500 veces mayor, tiene una "relación de aspecto" alta. Para un nanoalambre, Esta es una cualidad muy deseable, ya que permite que la corriente fluya por un canal casi unidimensional. El óxido de vanadio adopta tres formas diferentes de moléculas, cada uno formando cadenas que se estiran a lo largo del alambre. Los iones de plomo se encuentran en los túneles entre las cadenas.

La parte de la investigación de rayos X realizada en NSLS se llevó a cabo en las líneas de luz U7A y X23A2. El estudio completo se publicó en línea el 17 de agosto de 2012, en Materiales funcionales avanzados .