Los físicos del MIT y sus colegas han diseñado una nueva propiedad en una conocida familia de semiconductores mediante la manipulación de láminas ultrafinas de materiales de solo unas pocas capas atómicas de espesor.

El trabajo es importante porque los nuevos materiales en sí mismos podrían tener aplicaciones interesantes en informática y más. Además, el enfoque general es genérico y se puede aplicar a otros materiales preexistentes, ampliando también sus aplicaciones potenciales.

Los semiconductores son materiales como el silicio con una conductividad intermedia entre los metales, que permiten que los electrones se muevan de manera muy eficiente, y los aislantes (como el vidrio) que obstaculizan el proceso. Son la piedra angular de la industria informática.

Los materiales semiconductores involucrados en el trabajo actual se conocen como dicalcogenuros de metales de transición (TMD). El equipo del MIT demostró que cuando dos hojas individuales de un TMD, cada una de unas pocas capas atómicas de espesor, se apilan paralelas entre sí, el material se vuelve ferroeléctrico. En un material ferroeléctrico, las cargas positivas y negativas se dirigen espontáneamente a diferentes lados o polos. Tras la aplicación de un campo eléctrico externo, esas cargas cambian de lado, invirtiendo la polarización. En los nuevos materiales, todo esto ocurre a temperatura ambiente.

Los TMD ya son bien conocidos por sus interesantes propiedades eléctricas y ópticas. Los investigadores creen que la interacción entre esas propiedades y la ferroelectricidad recién impartida podría conducir a una variedad de aplicaciones interesantes.

"En poco tiempo, hemos logrado expandir enormemente la pequeña pero creciente familia de ferroeléctricos bidimensionales, un tipo de material clave en la frontera de las aplicaciones en nanoelectrónica e inteligencia artificial", dice Pablo Jarillo-Herrero, director de Cecil e Ida Green, profesora de física y líder del trabajo, que se informó en Nature Nanotechnology . Jarillo-Herrero también está afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.

Además de Jarillo-Herrero, los autores del artículo son Xirui Wang, estudiante de posgrado en física del MIT; Kenji Yasuda y Yang Zhang, asociados postdoctorales del MIT; Song Liu de la Universidad de Columbia; Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón; James Hone de la Universidad de Columbia y Liang Fu, profesor asociado de física en el MIT.

Feroeléctricos ultrafinos

El año pasado, Jarillo-Herrero y muchos de los mismos colegas demostraron que cuando dos láminas atómicamente delgadas de nitruro de boro se apilan paralelas entre sí, el nitruro de boro se vuelve ferroeléctrico. En el trabajo actual, los investigadores aplicaron la misma técnica a los TMD.

Los ferroeléctricos ultradelgados como los creados a partir de nitruro de boro y TMD podrían tener aplicaciones importantes, incluido el almacenamiento de memoria de computadora mucho más denso. Pero son raros. Con la adición de los cuatro nuevos TMD ferroeléctricos informados en Nature Nanotechnology , todos parte de la misma familia de semiconductores, "casi hemos duplicado la cantidad de ferroeléctricos ultrafinos a temperatura ambiente", dice Xirui Wang. Además, señaló, la mayoría de los materiales ferroeléctricos son aislantes. "Es raro tener un ferroeléctrico que sea un semiconductor".

¿Qué sigue?

"Esto no se limita al nitruro de boro y los TMD", dice Kenji Yasuda. "Tenemos la esperanza de que nuestra técnica pueda usarse para agregar ferroelectricidad a otros materiales preexistentes. Por ejemplo, ¿podríamos agregar ferroelectricidad a materiales magnéticos?"

Este trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., la Oficina de Investigación del Ejército, la Fundación Gordon y Betty Moore, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT) de Japón, y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia. + Explora más

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