Por Enrique Saiz Carcajales
Un nuevo y emocionante material artificial está suscitando toda una revolución en el desarrollo de materiales para aplicaciones electrónicas gracias a la colaboración entre investigadores europeos.
El descubrimiento resulta de una colaboración entre el grupo de teoría del profesor Philippe Ghosez (Universidad de Lieja, Bélgica) y el grupo experimental del profesor Jean-Marc Triscone (Universidad de Ginebra, Suiza). Uno de los investigadores principales de este proyecto, el Dr. Matthew Dawber, que recientemente se unió al Departamento de Física y Astronomía en la Universidad de Stony Brook, estuvo en primera línea de esta iniciativa dirigida a crear y comprender estos materiales. "Aparte de las aplicaciones inmediatas que podrían surgir del nanomaterial, este descubrimiento inaugura un campo de la investigación completamente nuevo y abre la posibilidad de crear nuevos materiales funcionales partiendo de un nuevo concepto: la ingeniería del contacto entre superficies a escala atómica", comentó el Dr. Dawber.One of the lead researchers on this project, Matthew Dawber, who recently joined the Department of Physics and Astronomy at Stony Brook University , will be at the forefront of the continued effort to make and understand these revolutionary artificial materials in his new lab.
El nuevo material se trata de una estructura en configuración de "superred" compuesta de diferentes óxidos de metales de transición. Los óxidos de metal de transición presentan propiedades eléctricas y magnéticas singulares tales como magnetorresistencia gigante, transiciones metal-aislante o superconductividad.
Los óxidos de metal de transición pertenecen a un campo de la ciencia relativamente nuevo. Saltaron a los titulares por primera vez en 1986, con el descubrimiento de los superconductores de alta temperatura (premio Nobel de Física). Gracias a ellos, algunos materiales pueden mantener la superconductividad a temperaturas por encima al punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K ó -196°C ).
Aparte de la superconductividad, los óxidos de metal de transición tienen aplicaciones en los ámbitos de los aislamientos y los semiconductores, entre otros. Dadas sus diversas aplicaciones, poseen también la capacidad de integrarse en numerosos dispositivos.
La nueva superred creada por el grupo del proyecto consiste en una estructura que está compuesta por múltiples capas alternas de grosor nanométrico de dos óxidos distintos, PbTiO3 y SrTiO3 (estructura perovskita multicapa). Esto dota a la red de propiedades radicalmente distintas de las de los dos óxidos por separado. Estas nuevas propiedades son consecuencia directa de la estructura artificial en capas y se derivan de interacciones a escala atómica en las zonas de contacto entre las capas. En definitiva, esta superred elaborada después de años de experimentos e intentos fallidos, está compuesta por una especie de estructura con dimensiones nano. La fusión de ambos materiales dota a la nanosuperred de capacidades sorprendentes, y ha despertado el interés de muchos, ya que está generando una revolución en el área nanotecnológica.
El PbTiO3 y el SrTiO3 son dos óxidos bien conocidos y bien caracterizados. Uno presenta una inestabilidad estructural ferroeléctrica y, el otro, inestabilidad estructural no polar. En un estudio teórico realizado en Lieja, usando sofisticadas técnicas de simulación, se predijo que, si estos materiales se combinasen en una superred, ocurriría un acoplamiento inusual y sorprendente entre los dos tipos de inestabilidades, que es lo que provoca la llamada ferroelectricidad impropia.
La ferroelectrónica tiene muchas aplicaciones, desde las memorias informáticas no volátiles avanzadas a las máquinas microelectromecánicas o los detectores de infrarrojos. La ferroelectricidad impropia es un tipo de ferroelectricidad que se produce raras veces en materiales naturales y cuyos efectos suelen ser demasiado pequeños para poder aprovecharse.
Un estudio experimental paralelo realizado en Ginebra confirmó el carácter ferroeléctrico impropio en este tipo de superred y encontró indicios de una nueva propiedad excepcionalmente útil: la dieléctrica. Se trata de la capacidad de poseer una temperatura muy alta y, simultáneamente, ser independiente de la temperatura, dos características que suelen excluirse mutuamente, pero que en este caso se reúnen por primera vez en un mismo material.
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