Láminas de electrones que son altamente móviles en solo dos dimensiones, conocido como gas de electrones 2-D, tienen propiedades únicas que se pueden aprovechar para dispositivos electrónicos más rápidos y novedosos. Los investigadores han estado explorando el gas de electrones 2-D, que solo se descubrió en 2004, para ver cómo se puede utilizar en superconductores, actuadores y dispositivos electrónicos de memoria, entre otros.

Investigadores de la Universidad Tohoku de Japón, con un equipo internacional de colegas, identificó recientemente la estructura atómica de un grupo de materiales relacionados con la perovskita que muestran interesantes propiedades conductoras 2-D. Los materiales están hechos de estroncio, átomos de niobio y oxígeno, con una estructura en capas derivada de perovskita. Estos compuestos de niobato de estroncio son prometedores para el desarrollo de componentes electrónicos avanzados debido a su conductividad metálica cuasi unidimensional.

Yuichi Ikuhara del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku con Johannes Georg Bednorz del Laboratorio de Investigación de Zúrich y sus colegas utilizaron microscopía electrónica de transmisión de barrido resuelta con átomos combinada con cálculos teóricos para aprender cómo la adición de átomos de oxígeno a los niobatos de estroncio afecta su conductividad. Se formaron cuatro materiales diferentes dependiendo de la concentración de átomos de oxígeno.

Los investigadores encontraron que tres de los materiales eran conductores de electricidad, mientras que el cuarto era un aislante. A escala atómica, descubrieron que los materiales estaban formados por losas alternas en forma de cadena y en zigzag. Dependiendo de la concentración de átomos de oxígeno, las losas en forma de cadena eran dos, Tres, o cuatro capas de espesor, a veces variando dentro del mismo material. Las losas en zigzag eran capas aislantes en todos los materiales, mientras que las losas en forma de cadena estaban conduciendo capas en tres de los cuatro materiales.

El equipo determinó que la conductividad eléctrica local dentro del material dependía directamente de las formas de los octaedros niobatos en las capas. Cuando los iones positivos de niobio se desplazaron hacia los centros del octaedro niobato, se indujo una naturaleza conductora local.

Las capas conductoras 2-D se forman comúnmente creando una interfaz entre dos aislantes. Ahora debería ser posible lograr el mismo objetivo segmentando materiales conductores 3-D en pilas de capas conductoras 2-D separadas por capas aislantes, los investigadores dicen en su estudio publicado en la revista ACS Nano . Esto podría dar lugar a aplicaciones en el desarrollo de dispositivos y materiales conductores eléctricos bidimensionales.