Ver a escala subatómica permite el desarrollo de nuevos materiales

Investigadores de Penn State y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley están forzando los límites de la microscopía electrónica para poder observar lo que ocurre en la escala del picómetro, una fracción del tamaño de un átomo de hidrógeno.

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Los colores de esta imagen (lograda con microscopio STEM) han sido agregados más tarde, pero en ella se pueden ver claramente las columnas de átomos de estroncio (verde), titanio (azul) y oxígeno (rojo). Crédito imagen: Greg Stone/Penn State

La capacidad de ver la configuración de los objetos a nivel subatómico es crucial para el diseño de nuevos materiales con propiedades sin precedentes, tales como semiconductores o superconductores imprescindibles en la industria de la comunicación. En el artículo Atomic Scale Imaging of Competing Polar States in a Ruddleston-Popper Layered Oxide, publicado en Nature Communications, un grupo de expertos describen la primera prueba a escala atómica para materiales ferroeléctricos. Estos son, básicamente, aquellos capaces de retener información en su estructura, sin necesidad de estar conectados a una fuente de energía, como pilas o corriente eléctrica. Las memorias portátiles, como los pendrives, tienen en estos materiales uno de sus ingredientes fundamentales.

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"Este trabajo es importante porque pone de manifiesto nuestra capacidad para diseñar nuevas clases de materiales que pueden ser modificados por capas atómicas, para obtener nuevas e interesantes propiedades de particulat interés para la industria de los semiconductores”, asegura el autor principal Greg Stone. Los semiconductores (fundamentales para los microchips) son aquellos elementos que se pueden comportar como donductores o como aislantes, según las circunstancias.

Los óxidos complejos, con los que ha trabajado el equipo de Stone, son materiales que se forman mediante la combinación de oxígeno cargado negativamente y otros dos iones con carga positiva. Pero no basta solo eso, también resulta determinante la configuración de los átomos para otorgarle nuevas propiedades que no aparecerían en otras arquitecturas.
"En este caso – explica Venkatraman Gopalan, otro de los autores del estudio –, la propiedad emergente es ferroelectricidad, pero también podría ser magnetismo, aislante o superconductividad, dependiendo de los átomos que intervengan y el orden de las capas de los materiales".

Los teléfonos móviles tienen muchos componentes dieléctricos que son muy pequeños y tienen que soportar y mantener la carga eléctrica. A medida que se da la transición de las redes 4G a 5G (los componentes estarán procesando los 5 mil millones de ciclos por segundo), se precisarán materiales de mejor calidad que respondan a frecuencias más altas. El titanato de estroncio que en este sentido tiene cualidades superiores a los materiales actuales.

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