Récord de movilidad de electrones en una nueva película cristalina

Gracias a un innovador material, en forma de película con un grosor menor que el de un cabello humano, unos científicos han conseguido un récord de movilidad de electrones y abrir la puerta hacia el uso de este material en aplicaciones como dispositivos espintrónicos y sistemas termoeléctricos vestibles (llevables sobre el cuerpo como prendas de vestir o como partes de ellas).

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Patrick J. Taylor, del Laboratorio de Investigación del Ejército Estadounidense, y Jagadeesh Moodera, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

Un material con una elevada movilidad de electrones es como una autopista con tráfico mínimo. Los electrones que fluyen por el material son como vehículos circulando a toda velocidad, sin obstáculos, semáforos, señales de ceda el paso o similares, ni atascos.

Cuanto mayor sea la movilidad electrónica de electrones en un material, más eficiente será su conductividad eléctrica y menos energía se perderá o desperdiciará a su paso. Los materiales avanzados con alta movilidad de electrones serán esenciales para conseguir dispositivos electrónicos más eficientes y sostenibles, capaces de realizar más trabajo con menos energía.

El equipo consiguió determinar la movilidad de electrones en el material detectando oscilaciones cuánticas al paso de la corriente eléctrica. Estas oscilaciones son una firma del comportamiento mecánico cuántico de los electrones en un material. Los investigadores detectaron un ritmo particular de oscilaciones que es característico de una alta movilidad de electrones, en este caso una movilidad mayor que la conseguida hasta la fecha con otros materiales parecidos.

Las nuevas películas ultradelgadas desarrolladas por el equipo han conseguido batir un récord de movilidad de electrones en materiales de su clase. (Imagen: equipo de investigación, con modificaciones del departamento de prensa del MIT. CC BY-NC-ND 3.0)

En un futuro cercano, esta clase de películas podría emplearse para dispositivos termoeléctricos vestibles que conviertan eficazmente el calor residual (por ejemplo el calor desprendido por el cuerpo humano) en electricidad. El material también podría ser la base de dispositivos espintrónicos, que procesen información utilizando el espín de un electrón, lo cual necesita una cantidad de energía muy inferior a la requerida por los dispositivos electrónicos convencionales, basados en el silicio.

Taylor, Moodera y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva película cristalina en la revista académica Materials Today Physics, bajo el título “Magnetotransport properties of ternary tetradymite films with high mobility”. (Fuente: NCYT de Amazings)