El silicio semiconductor se encuentra en el corazón de la revolución actual en electrónica e informática. En particular, puede producir circuitos integrados compactos cuando se procesa mediante técnicas modernas capaces de fabricar estructuras de solo unos pocos nanómetros de tamaño.

Ahora, Man-Fai Ng y Teck Leong Tan del A * STAR Institute of High Performance Computing en Singapur han demostrado que mezclar silicio con materiales similares puede abrir la puerta a la fabricación de dispositivos a nanoescala con una amplia gama de propiedades que tienen una gama más amplia de aplicaciones.

Ng y Tan utilizaron simulaciones informáticas de última generación para evaluar la estabilidad estructural y las propiedades electrónicas de los nanocables basados ​​en silicio. Como sugiere su nombre, Los nanocables tienen solo unos pocos nanómetros de ancho, pero pueden tener hasta un milímetro de largo. Exhiben propiedades electrónicas inusuales porque su pequeño ancho limita el movimiento de los electrones a través del cable.

Las propiedades de los nanocables de silicio están bien establecidas, pero existe un margen considerable para ampliar su aplicabilidad. Los científicos anticipan que podrían obtener una gama más diversa de características reemplazando parcialmente el silicio con otros elementos que están en la misma columna que el silicio en la tabla periódica. Hay muchos materiales potenciales, incluido el carbono, germanio y estaño, cada uno de los cuales puede combinarse con silicio en cualquier proporción para formar una aleación.

Como consecuencia, el número total de posibles aleaciones es inmenso. Por lo tanto, los investigadores llevaron a cabo una búsqueda exhaustiva de todas estas aleaciones basadas en silicio para determinar cuáles son atómicamente estables y cuáles tienen las mejores propiedades para los dispositivos de nanocables.

Ng y Tan emplearon tres técnicas matemáticas (a saber, teoría funcional de la densidad, el método de expansión de conglomerados y el método de Monte Carlo) para simular diferentes arreglos atómicos en nanocables.

"En lugar de evaluar todas las posibles estructuras de aleación, Nuestro enfoque de simulación de múltiples escalas permitió una comparación rápida a gran escala de diferentes combinaciones de estructuras de aleación y seleccionó las termodinámicamente estables. "explicó Ng.

Se encontró que los nanocables de germanio-silicio y estaño-silicio más estables son aquellos en los que los átomos de silicio se concentran alrededor del borde del cable y las otras especies atómicas están en el núcleo. En cambio, un nanoalambre de carbono-silicio óptimo exhibía una disposición ordenada de las especies atómicas.

Una vez que identificaron la disposición atómica óptima, Ng y Tan calcularon la banda prohibida de energía, un parámetro crítico para determinar las propiedades electrónicas de los semiconductores. "Próximo, planeamos mejorar la predicción de banda prohibida para nanocables basados ​​en silicio y desarrollar nuestro enfoque para abordar nanosistemas más complicados para aplicaciones energéticas, "dice Ng.