Los investigadores de EPFL demostraron que es posible crear un canal eléctrico de unos pocos átomos de ancho dentro de materiales aislantes bidimensionales. Sus simulaciones abren nuevas perspectivas para la producción de nuevos dispositivos electrónicos y fotovoltaicos.

En el mundo de lo infinitamente pequeño Pueden ocurrir fenómenos inesperados en la interfaz entre dos materiales cuando se combinan artificialmente. En EPFL, los científicos han demostrado que es posible generar un canal conductor con un ancho de algunos átomos en la zona de contacto entre diferentes láminas de materiales aislantes. Este trabajo, recién publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría permitir la creación no solo de nuevos dispositivos micro y nanoelectrónicos, sino también de un nuevo tipo de célula solar.

Materiales bidimensionales

Para generar estos diminutos canales conductores, los investigadores estudiaron materiales bidimensionales, es decir, láminas de material de unos pocos átomos de espesor, a veces solo consta de una sola capa de átomos.

Como el grafeno estos materiales están compuestos por átomos dispuestos en una estructura hexagonal, similar a las células que se encuentran en las colmenas. La diferencia es que, si bien el grafeno es conductor y solo está compuesto por átomos de carbono, los materiales bidimensionales mencionados en el estudio son aislantes y están compuestos por diferentes elementos.

Entre muchas posibilidades, investigadores consideraron nitruro de boro (BN), que se compone de dos tipos de átomos. En su estado natural, una "hoja" de nitruro de boro actúa como aislante y, por lo tanto, no puede conducir la corriente eléctrica. Sin embargo, la técnica, después de una ligera modificación química, permite a los investigadores desarrollar "pistas" para electrones conductores.

Un sándwich de protones

La fabricación del canal eléctrico es una operación de dos pasos. Se fabrica fijando un protón (es decir, un átomo de hidrógeno) en una hoja de nitruro de boro encima de cada átomo de boro (B) y uno debajo de cada átomo de nitrógeno (N). Así intercalado entre los átomos de hidrógeno, la hoja de nitruro de boro "decorada" genera un canal conductor de unos pocos átomos de ancho cuando se pone en contacto con una hoja "prístina" de BN. El nuevo "cable" ubicado en la interfaz entre las dos hojas permite un control preciso de la circulación de los electrones cuando se aplica tensión. "Tomado por separado, la hoja químicamente modificada y la hoja en blanco no son conductoras, "dice Giovanni Pizzi, coautor del estudio. "Es solo combinando uno con el otro que aparece el canal".

Las aplicaciones potenciales asociadas con estas simulaciones son numerosas. Los nuevos "cables" conductores podrían servir particularmente para desarrollar dispositivos micro y nanoelectrónicos más compactos y potentes. "Los 'alambres' producidos por la litografía tradicional no caen por debajo de los veinte nanómetros, lo que significa al menos cien átomos, "dice Giovanni Pizzi." Unos pocos átomos de ancho, nuestro cable podría conectar los diferentes procesadores de un nanochip ocupando mucho menos espacio que los cables actuales ".

Un nuevo modelo de célula solar

Las aplicaciones relacionadas con estos diminutos canales conductores también podrían incluir la creación de un nuevo tipo de célula solar ultradelgada y flexible.

Cuando el material estampado con canales se somete a la luz solar, los electrones presentes en la parte aislante se mueven hacia las vías conductoras. "Para obtener una corriente eléctrica, entonces basta simplemente con conectar los canales, "explica Marco Gibertini, quien también fue coautor del estudio.

Hacia pruebas experimentales

Los investigadores de EPFL ahora esperan que su trabajo de simulación atraiga la atención de especialistas en el área experimental para realizar pruebas en entornos de la vida real. "En nuestro estudio proporcionamos un cálculo simple que los investigadores pueden realizar para ver si un material dado, después de la modificación química, formará estos pequeños cables, "dice Marco Gibertini." Nuestra idea se basa en resultados previos en materiales 3D. También hemos investigado intencionalmente materiales y técnicas experimentales existentes. Esto debería facilitar las pruebas experimentales, " él añade.