Un semiconductor a temperatura ambiente establece un nuevo récord de velocidad energética
Un material cuántico especial puede superar las deficiencias de los semiconductores estándar como el silicio.
Todos los semiconductores del futuro podrían compartir esta propiedad.
Crédito de la imagen: jiang jie feng/Shutterstock.com
Si está leyendo este artículo, lo más probable es que haya utilizado semiconductores. Estos materiales, generalmente silicio, sustentan la mayor parte de nuestra tecnología. Son increíblemente útiles, como cabría imaginar, pero no están exentos de limitaciones. Uno de ellos, el de la velocidad de transmisión, podría haberse superado ahora con un semiconductor superatómico especial. Esto lo convierte en el mejor semiconductor hasta el momento en lo que respecta al transporte de energía.
En los semiconductores, los electrones pueden saltar de un lugar libre a otro, lo que técnicamente se denomina agujero. Los electrones se mueven solos o pueden moverse junto con el agujero. En este último estado, son una cuasipartícula, llamada excitón, que se comporta como una partícula real pero que en realidad es sólo una interacción peculiar.
Esta no es la única cuasipartícula en juego en los semiconductores. Las vibraciones naturales del material también pueden representarse mediante cuasipartículas conocidas como fonones y cuando interactúan con los excitones los dispersan, liberando calor y reduciendo la velocidad máxima a la que la información y la energía pueden viajar a través de los semiconductores.
Bueno, hasta este. El nuevo material en cuestión está compuesto de renio, selenio y cloro y se conoce por su fórmula química Re6Se8Cl2. En el material sucede algo extraño entre los fonones y los excitones. En lugar de dispersarse, se fusionan en una nueva cuasipartícula: el excitón-polarón acústico.
Esta nueva cuasipartícula permite una transferencia de información y energía dos veces más rápida que la velocidad a la que se mueven los electrones a través del silicio. Pero no se trata sólo de movimiento, sino también de velocidad de procesamiento. Estas cuasipartículas están controladas por luz y no por una corriente eléctrica, por lo que su procesamiento tiene el potencial de ser un millón de veces más rápido que el semiconductor actual. Y no es necesario enfriarlo a temperaturas muy bajas para que se manifiesten esos efectos cuánticos.
"En términos de transporte de energía, Re6Se8Cl2 es el mejor semiconductor que conocemos, al menos hasta ahora", afirma la química. dijo en un comunicado el profesor Milan Delor de la Universidad de Columbia.
Habiendo descubierto esta sorprendente e inesperada propiedad en Re6Se8Cl2, el equipo ahora está listo para comprender por qué este excitón-polarón acústico emerge en este material. Comprender esto es importante en la búsqueda de mejores semiconductores.
El renio es uno de los elementos más raros de la Tierra, por lo que la idoneidad comercial de este semiconductor es inexistente a menos que de repente encontremos mucho renio en alguna parte. Pero el hecho de que esta propiedad exista en este material sugiere que también podría encontrarse en otros lugares. En materiales mucho más económicos de fabricar.
"Este es el único material en el que se ha visto un transporte sostenido de excitones balísticos a temperatura ambiente. Pero ahora podemos comenzar a predecir qué otros materiales podrían ser capaces de este comportamiento que simplemente no habíamos considerado antes", dijo Delor. “Existe toda una familia de materiales semiconductores superatómicos y otros materiales semiconductores 2D con propiedades favorables para la formación de polarones acústicos. "
La investigación se publica en la revista Science.