ICN2 Oxide Nanoelectronics Group ha obtenido valores de conductividad para el iridato de magnesio 250 veces más altos que en condiciones normales presionándolo con agujas nanométricas. Los resultados, publicado en Nanoescala , se obtuvieron a través de un microscopio de fuerza atómica (AFM) que muestra que el material podría convertirse en un buen candidato para futuras aplicaciones en sensores y electrónica.
Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) han medido, a temperatura ambiente, los valores más altos de piezorresistividad jamás detectados en un material electrocerámico, superando los registros de materiales como los nanocables de silicio o el grafeno. Es más, se midió con una técnica sencilla que evita el uso de equipos complejos para controlar la presión. La investigación ha sido realizada por Oxide Nanoelectronics Group, dirigido por el Prof. ICREA Gustau Catalan. El Dr. Neus Domingo es el primer firmante del artículo publicado en Nanoescala y su contribución ha sido fundamental para el desarrollo de la investigación.
La piezorresistividad ocurre cuando ciertos materiales cambian su conductividad eléctrica cuando se aplica una presión de deformación. Esto se debe al hecho de que los materiales aislantes y semiconductores tienen características eléctricas muy especiales que dan como resultado bandas con propiedades diferentes:la banda de valencia, donde los electrones están 'estacionados', y la banda de conducción, donde fluye la corriente eléctrica. Estas bandas están separadas por una brecha de energía; cuando la brecha es delgada, el número de electrones en la banda de conducción es mayor y, como consecuencia, la conductividad eléctrica también es mayor.
Cuando se aplica presión sobre ciertos materiales semiconductores, se modifica la banda prohibida que separa la banda de conducción y la banda de valencia. Esto permite que los electrones salten a la banda de conducción, consecuentemente disminuyendo la resistencia eléctrica del material. En otras palabras, cuando se presiona el material, hay mejor conducción eléctrica. Este hecho conduce a una amplia gama de posibles aplicaciones, desde sensores de presión hasta transistores microelectrónicos donde la corriente es controlada por presión en lugar de voltaje.
Una aguja nanoscópica para estudiar altas presiones.
En los laboratorios ICN2, El grupo del profesor catalán midió una piezorresistividad gigante en un material cerámico, iridato de estroncio (Sr 2 IrO 4 ). Las medidas se realizaron con un microscopio de fuerza atómica (AFM), un dispositivo que utiliza agujas afiladas nanoscópicamente que presionan el material y cuantifican su conductividad al mismo tiempo. Esta es una forma nueva e imaginativa de utilizar este equipo, porque es la primera vez que se utiliza la aguja AFM para medir la piezorresistividad de un material.
La aguja AFM es tan pequeña que una fuerza minúscula se traduce en un valor de presión alto. Menos de 1 mg de fuerza (aproximadamente el peso de una hormiga) aplicada sobre una aguja nanoscópica se convierte en un valor de presión de más de 100 toneladas (el peso de 20 elefantes) por centímetro cuadrado. De hecho, la presión es tan alta (hasta 10 GPa) que se tuvieron que usar puntas de diamante para evitar que la aguja se aplastara.
Con este nivel de presión, Los investigadores han obtenido valores de conductividad para Sr 2 IrO 4 250 veces mayor que en condiciones normales. Notablemente, a pesar de aplicar deformaciones más de 500 veces, la muestra no sufrió ningún daño. Es más, la piezorresistividad se ha medido a temperatura ambiente. En conclusión, este semiconductor podría ser un buen candidato para futuras aplicaciones en sensores, nuevos tipos de transistores y otros dispositivos electrónicos especializados. Sin embargo, el iridio es un elemento escaso en nuestro planeta, por lo que los científicos están buscando materiales alternativos.
