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Martes, 3 diciembre 2013
Ciencia de los Materiales

Estaño "bidimensional", ¿será el estateno otro material prodigioso como el grafeno?

Una capa de átomos de estaño, con un grosor de tan solo un átomo, se comportaría de un modo muy distinto a como lo haría el mismo estaño si su grosor fuera mayor, hasta el punto de que podría ser el primer material del mundo que conduzca la electricidad con una eficiencia del 100 por cien a las temperaturas a las que operan los chips usados en ordenadores. Así lo creen los autores del estudio, un equipo de físicos teóricos dirigido desde el Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC en California y la Universidad de Stanford en ese mismo estado de Estados Unidos.

Este estaño "bidimensional", al que se le ha dado el nombre de estateno (o estaneno), podría aumentar la velocidad y reducir el consumo de energía de futuras generaciones de chips, si las predicciones hechas por el equipo de Shoucheng Zhang son correctas, algo que se verá cuando lleguen los resultados de varios experimentos que ahora ya están en marcha en varios laboratorios del mundo.

Por presentar características físicas y químicas muy distintas a las del mismo material conformando estructuras más gruesas, el estateno se une a la misma clase de materiales que el grafeno. Éste consiste en una capa de carbono con un átomo de espesor, en la cual los átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel.

El estateno puede ser un buen aislante topológico. Los aislantes topológicos son materiales exóticos en los cuales los electrones se comportan de maneras extrañas y aparentemente contradictorias: La mayor parte del material actúa como aislante, bloqueando casi por completo cualquier flujo de electrones. Pero la superficie del material conduce muy bien la electricidad. De hecho, la superficie es incluso mejor conductora que los metales normales, lo cual permite que los electrones viajen a una velocidad cercana a la de la luz y sin ser afectados por las impurezas del material, las cuales normalmente dificultan su movimiento. Los electrones tienen masa, pero cuando se mueven a lo largo de la superficie de un aislante topológico, lo hacen como si no tuvieran masa, como sucede con la luz. Cuando los aislantes topológicos sólo tienen un átomo de grosor, sus "superficies" o bordes conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por cien.

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Añadir átomos de flúor, aquí representados en amarillo, a una capa de átomos de estaño, mostrados en gris, debería permitir al nuevo material predicho, el estateno, conducir la electricidad perfectamente a lo largo de sus bordes, señalados aquí con las flechas azules y rojas, a temperaturas de hasta 100 grados centígrados. (Imagen: Yong Xu / Universidad Tsinghua / Greg Stewart / SLAC)

Los cálculos indican que el estateno debería funcionar bien como aislante topológico a temperatura ambiente y por encima de ésta. Para este último caso, lo ideal sería agregar algunos átomos de flúor al estateno; de este modo se aseguraría que el material fuese utilizable a temperaturas de hasta 100 grados centígrados (212 grados Fahrenheit), suficiente para garantizar su estabilidad en el caliente interior de ordenadores y aparatos electrónicos.

La primera aplicación práctica que el equipo de Zhang planea darle al estateno enriquecido con flúor será un nuevo y revolucionario cableado que conectará las muchas secciones de un microprocesador, permitiendo a los electrones fluir con suma facilidad y rapidez. Un cableado hecho a base de estateno debería reducir significativamente el consumo de energía y la generación de calor de los microprocesadores.

Zhang cree factible que en un futuro quizá cercano veamos al estateno siendo usado no solo para ese cableado revolucionario sino también para muchas más estructuras de circuitería, e incluso ejerciendo de sustituto del silicio en el corazón de los transistores. "Algún día quizá podamos llamar a esta zona El Valle del Estaño en vez de El Valle del Silicio", aventura Zhang refiriéndose al famoso Silicon Valley (Valle del Silicio).

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Yong Xu, quien ahora está en la Universidad Tsinghua en Pekín, China, así como expertos del Instituto Max Planck de Física Química de los Sólidos en Dresde, Alemania.

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