Durante varios años, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Dallas ha investigado varios materiales en busca de aquellos cuyas propiedades eléctricas puedan hacerlos adecuados para pequeños transistores de bajo consumo de energía para alimentar dispositivos electrónicos de próxima generación.
Recientemente encontraron uno de esos materiales, pero no era nada que nadie esperara.
En un artículo publicado en línea el 10 de marzo en la revista Materiales avanzados , el Dr. Moon Kim y sus colegas describen un material que, cuando se calienta a unos 450 grados Celsius, se transforma de una lámina bidimensional atómicamente delgada en una serie de nanocables unidimensionales, cada uno de unos pocos átomos de ancho.
Una imagen capturada en mitad de la transformación parece una pequeña bandera de los Estados Unidos, y con colores falsos añadidos, es posiblemente la imagen más pequeña del mundo de Old Glory, dijo Kim.
"La transición de fase que observamos, esta nueva estructura, no fue predicha por la teoría", dijo Kim, el distinguido profesor Louis Beecherl Jr. de ciencia e ingeniería de materiales en UT Dallas.
Debido a que los nanocables son semiconductores, podrían usarse como dispositivos de conmutación, al igual que el silicio se usa en los transistores actuales para encender y apagar la corriente eléctrica en los dispositivos electrónicos.
"Estos nanocables son aproximadamente 10 veces más pequeños que los cables de silicio más pequeños y, si se usan en tecnología futura, darían lugar a potentes dispositivos de eficiencia energética", dijo Kim. Los autores principales del estudio son Hui Zhu y Qingxiao Wang,estudiantes de posgrado en ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería e Informática Erik Jonsson.
¿Solo una fase?
Cuando ciertos materiales están sujetos a cambios en condiciones externas, como temperatura o presión, pueden experimentar una transición de fase. Un ejemplo familiar es cuando el agua líquida se enfría para formar un sólido hielo o se calienta para formar un gas vapor.
Sin embargo, para muchos materiales, una transición de fase significa algo un poco diferente. A medida que la temperatura y la presión externas cambian, los átomos de estos materiales se reordenan y redistribuyen para hacer un material con una estructura y composición diferentes. Estos cambios pueden afectar las propiedades del nuevo material, como la forma en que los electrones se mueven a través de él. Para los científicos interesados en nuevas aplicaciones para materiales, comprender esas transiciones es primordial.
En la mayoría de los casos, un tipo de gráfico llamado diagrama de fase ayuda a los investigadores a predecir cambios estructurales y de propiedades en un material cuando se somete a una transición de fase.
Pero nada predijo lo que observó el equipo de Kim mientras realizaba experimentos en un material llamado ditellurida de molibdeno.
Nanoflags y Nanoflores
Utilizando un microscopio electrónico de transmisión, los investigadores comenzaron con láminas de ditellururo de molibdeno, bidimensionales, atómicamente delgadas, un material compuesto por una capa de átomos de molibdeno y dos capas de átomos de teluro. El material pertenece a una clase llamada dichoslcogenuros de metales de transición.TMD, que son prometedores para reemplazar el silicio en los transistores.
"Queríamos comprender la estabilidad térmica de este material en particular", dijo Kim. "Pensamos que era un buen candidato para la nanoelectrónica de próxima generación. Por curiosidad, nos propusimos ver si sería estable por encima de la temperatura ambiente"
Cuando aumentaron la temperatura a más de 450 grados Celsius, sucedieron dos cosas.
"Primero, vimos que comenzaba a surgir un nuevo patrón que era estéticamente agradable a la vista", dijo Kim. En la superficie de la muestra, las filas o rayas repetidas de capas de ditellururo de molibdeno comenzaron a transformarse en formas que parecíancomo pequeñas estrellas de seis puntas o flores con seis pétalos.
El material estaba en transición a hexa-molibdeno hexa-telururo, una estructura unidimensional similar a un alambre. La sección transversal del nuevo material es una estructura que consta de seis átomos centrales de molibdeno rodeados por seis átomos de teluro.
A medida que avanzaba la transición de fase, parte de la muestra seguía siendo "rayas" y parte se había convertido en "estrellas". El equipo pensó que el patrón parecía una bandera de los Estados Unidos. Hicieron una versión en falso color con un campo azul detrás delestrellas y la mitad de las rayas de color rojo, para hacer un "nanoflag".
No en los libros de texto
"Luego, cuando examinamos el material más de cerca, encontramos que la transición que estábamos viendo de 'rayas' a 'estrellas' no estaba en ninguno de los diagramas de fase", dijo Kim. "Normalmente, cuando calientas en particularmateriales, espera ver emerger un tipo diferente de material según lo predicho por un diagrama de fase. Pero en este caso, sucedió algo inusual: formó una fase completamente nueva ".
Cada nanocable individual es un semiconductor, lo que significa que la corriente eléctrica que se mueve a través del cable puede encenderse y apagarse, dijo Kim. Cuando muchos de los nanocables individuales se agrupan a granel, se comportan más como un metal, que conduce fácilmente la corriente.
"Nos gustaría usar los nanocables uno a la vez porque estamos empujando el tamaño de un transistor lo más pequeño posible", dijo Kim. "Actualmente, el tamaño del transistor más pequeño es aproximadamente 10 veces más grande que nuestro nanocable. Cada uno de losel nuestro es más pequeño que 1 nanómetro de diámetro, que es esencialmente un cable a escala atómica.
"Antes de que podamos usar este descubrimiento y hacer un dispositivo real, tenemos muchos más estudios que hacer, incluida la determinación de cómo separar los nanocables individuales y superar los desafíos técnicos para la fabricación y la producción en masa", dijo Kim ".Pero esto es un comienzo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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