El ajuste fino de la composición de las aleaciones de nitruro puede promover el desarrollo de dispositivos de interfaz óptica y electrónica.

El control de las propiedades electrónicas en la interfaz entre materiales podría ayudar en la búsqueda de mejoras en la memoria de la computadora. Los investigadores de KAUST muestran que variar la composición atómica de las aleaciones a base de nitruro de boro permite ajustar una propiedad electrónica importante conocida como polarización.

Cuando se aplica un campo eléctrico a un solo átomo, desplaza el centro de masa de la nube de electrones cargados negativamente lejos del núcleo cargado positivamente que rodea. En un sólido cristalino estos llamados dipolos eléctricos de todos los átomos se combinan para crear polarización eléctrica.

Algunos materiales exhiben una polarización espontánea, incluso sin un campo eléctrico externo. Dichos materiales tienen usos potenciales en la memoria de la computadora, sin embargo, esta aplicación requiere un sistema de materiales en el que la polarización sea controlable. Estudiante visitante Kaikai Liu, su supervisor Xiaohang Li y sus compañeros de trabajo investigaron un enfoque de la ingeniería de polarización en la interfaz entre las aleaciones a base de nitruro de boro.

La polarización espontánea depende en gran medida de la estructura y composición del cristal atómico. Algunos materiales, conocidos como piezoeléctricos, puede cambiar la polarización cuando se deforma físicamente.

El equipo de KAUST utilizó un software llamado Vienna ab initio Simulation Package para investigar las propiedades electrónicas de las aleaciones ternarias nitruro de boro aluminio y nitruro de boro galio. Observaron cómo cambian a medida que el boro reemplaza a los átomos de aluminio y galio, respectivamente. "Calculamos la polarización espontánea y las constantes piezoeléctricas de las aleaciones de nitruro de boro dentro de un marco teórico recientemente propuesto y el impacto de la polarización en las uniones de estos dos materiales, "dice Liu.

El equipo demostró que la polarización espontánea cambia de manera muy no lineal al aumentar el contenido de boro; esto contradice estudios previos que asumen una relación lineal.

La razón de esta no linealidad se atribuye a la deformación volumétrica de la estructura atómica inusual de la aleación, conocido como wurtzita. El cambio no lineal de la polarización piezoeléctrica es menos pronunciado, pero evidente. Esto surge debido a la gran diferencia en el espaciado atómico entre el nitruro de boro y el nitruro de aluminio y el nitruro de galio. Es más, El nitruro de boro y aluminio o el nitruro de boro y galio pueden volverse no piezoeléctricos cuando el contenido de boro es más del 87 por ciento y el 74 por ciento, respectivamente.

Este trabajo muestra que una amplia gama de constantes de polarización espontánea y piezoeléctrica podría estar disponible simplemente cambiando el contenido de boro. Esto podría ser útil para desarrollar dispositivos de unión óptica y electrónica formados en la interfaz entre semiconductores de nitruro convencionales y nitruro de boro aluminio o nitruro de boro galio.

"Nuestro próximo paso será probar experimentalmente las uniones propuestas, que nuestra teoría predice que podría tener un rendimiento de dispositivo mucho mejor que los enfoques actuales, "dice Liu.