Materiales con 1 átomo de grosor para una nueva clase de nanoelectrónica

Unos investigadores han llevado a cabo un análisis teórico mostrando que una familia de materiales bidimensionales (con un solo átomo de grosor) exhibe propiedades cuánticas exóticas que podrían permitir un nuevo tipo de electrónica a nanoescala.

Todo apunta a que estos materiales son capaces de experimentar un fenómeno llamado Efecto QSH (siglas de la expresión inglesa Quantum Spin Hall).

Los materiales en los que se da dicho fenómeno tienen la propiedad inusual de ser aislantes eléctricos en una región y muy conductores en otra. Concretamente, una pieza hecha de un material de este tipo conducirá la electricidad en sus bordes y será aislante en el resto.

Esta peculiaridad podría hacer de tales materiales una opción idónea para nuevas clases de dispositivos electrónicos cuánticos, según opinan muchos investigadores.

Pero solo se han sintetizado dos materiales con Efecto QSH, y sus aplicaciones potenciales se han visto dificultadas por dos inconvenientes graves: Su banda prohibida, una propiedad esencial para fabricar transistores y otros dispositivos electrónicos, es demasiado pequeña, proporcionando una baja relación señal/ruido; y carecen de la capacidad de conectarse y desconectarse rápidamente.

El material bidimensional se halla en el medio de un “bocadillo” de capas, con capas de nitruro de boro situadas por encima y por debajo (mostradas en gris). Cuando se aplica un campo eléctrico al material, actúa sobre el estado cuántico de la capa del medio (áreas amarillas). Los límites de estas regiones se comportan como cables cuánticos perfectos. (Ilustración: Yan Liang)

Ahora, Xiaofeng Qian, Junwei Liu, Liang Fu y Ju Li, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, han encontrado formas posibles de sortear ambos obstáculos, usando materiales bidimensionales que han sido explorados para otros objetivos.

El concepto subyacente en la visión del equipo del MIT de una nueva clase de dispositivo electrónico basado en materiales bidimensionales es el siguiente: El material bidimensional es colocado en medio de un “bocadillo” de capas, con capas de otro material, nitruro de boro, por encima y por debajo. Cuando se aplica un campo eléctrico al material, a través de las áreas rectangulares de encima, actúa sobre el estado cuántico de la capa del medio. Los límites de estas regiones se comportan como cables cuánticos perfectos, lo que permitirá posiblemente forjar una nueva generación de dispositivos electrónicos con pocas pérdidas.

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