Los físicos por primera vez han logrado visualizar directamente a pequeña escala cómo un material cambia abruptamente su estado de conducción a aislamiento a bajas temperaturas. Los investigadores Erik van Heumen de la Universidad de Amsterdam y Alex McLeod de la Universidad de California aportan evidenciapara una teoría de 60 años que explica este fenómeno y allana el camino para tecnologías más eficientes energéticamente. Los experimentos del equipo se describen en la última edición de Física de la naturaleza .
Los materiales que conducen la electricidad a altas temperaturas pero que son aislantes a temperaturas más bajas se conocen desde hace décadas. Sin embargo, hasta hace poco no era posible medir directamente cómo proceden esas transiciones de fase en escalas de pequeña longitud. Utilizando una nueva técnica, Van Heumen yMcLeod ahora puede visualizar los cambios que tienen lugar en el material durante dicha transición de fase en la escala nanométrica.
En sus experimentos, el equipo observó una llamada transición de percolación que tiene lugar entre los electrones en el material. Por encima de cierta temperatura crítica, los electrones pueden moverse con relativa facilidad a través del material permitiendo el flujo de corriente eléctrica. Cuando la temperatura bajadebajo de un umbral de temperatura, las pequeñas imperfecciones en el material desencadenan una especie de atasco de tráfico para los electrones. A partir de escalas de longitud nanométrica pequeña, este atasco de tráfico crece lentamente hacia afuera a través de todo el material.el material pierde sus propiedades conductoras
El material en el que el equipo investigó la transición de metal a aislante es el óxido de metal llamado sesquióxido de vanadio, V2O3, que es un pariente más exótico de los óxidos de metal más conocidos, como la magnetita o el óxido.son interesantes debido a sus propiedades eléctricas exóticas, que podrían ser utilizadas en futuras aplicaciones electrónicas. "Podría usar este tipo de materiales conmutables junto con la tecnología de silicio actual utilizada en teléfonos celulares o computadoras portátiles", dice Van Heumen. "Estos materiales son baratos,energéticamente eficiente y podría contribuir a mejorar la sostenibilidad. "Van Heumen también está entusiasmado con las posibles aplicaciones en la interfaz con la tecnología cuántica." Cuando se usa, el silicio se calienta y se vuelve perjudicial para la tecnología cuántica sensible. La abrupta transición metal-aislante que investigamos podríatambién se ve obligado a tener lugar bajo la influencia de, por ejemplo, un destello de luz, que podría encontrar aplicaciones para aislar mejor la unidad computacionals de computadoras cuánticas. '
Sin embargo, se necesita más investigación sobre las transiciones de fase en óxidos antes de que esto se haga realidad. Van Heumen: `La investigación fundamental que estamos haciendo actualmente para comprender mejor las propiedades de estos materiales es similar en espíritu a la investigación sobre silicio hace cuarenta años.Hoy en día, la tecnología de silicio está integrada en todos nuestros dispositivos electrónicos, por lo que quién sabe para qué se utilizarán estos materiales dentro de veinte años ''.
Utilizando un método ingenioso para aumentar la resolución de su microscopio, Van Heumen y McLeod lograron probar una teoría de 60 años que explica el cambio del metal al aislante. Hasta hace poco, la longitud de onda de la luz, con una escala de variosmicrómetros en el caso de la luz infrarroja: limita la resolución de las mediciones de conductividad eléctrica. Los físicos utilizaron una pequeña aguja para sondear la naturaleza aislante o conductora del material debajo de ella con una resolución de 25 nanómetros. La aguja en sí misma actúa como una pequeña antenaque envía esta información de vuelta a un detector. McLeod: "Nuestra técnica permite obtener imágenes ópticas con una resolución espacial sin precedentes. Con este método único, podríamos visualizar directamente por primera vez cómo se extiende la transición a través del material".
El experimento tuvo lugar a 100 grados ℃ bajo cero, no es realmente ideal para aplicaciones del mundo real. Sin embargo, Van Heumen cree que los materiales pronto serán diseñados para ofrecer transiciones similares a temperatura ambiente. `Hacer estos materiales es como Legos para los expertosEs el foco de un intenso esfuerzo de investigación que parece muy prometedor '.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universiteit van Amsterdam UVA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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