Electrónica basada en un gas de electrones bidimensional

Normalmente, los dispositivos microelectrónicos están hechos de silicio o semiconductores similares. Recientemente, las propiedades electrónicas de óxidos metálicos se han vuelto bastante interesantes. Estos materiales son más complejos, y además ofrecen un rango de posibilidades más amplio para ajustar sus propiedades. Ahora se ha conseguido un importante avance: un gas de electrones bidimensional creado en titanato de estroncio. En una fina capa justo debajo de la superficie de electrones se puede mover libremente y ocupar diferentes estados cuánticos.

El titanato de estroncio no es solo una potencial futura alternativa a los semiconductores estándar, ya que también exhibe interesantes fenómenos, tales como superconductividad, termoelectricidad o efectos magnéticos que no tienen lugar en materiales usados en los dispositivos electrónicos de hoy en día.

No todos los átomos de titanato de estroncio están organizados en el mismo patrón: si el material es cortado en un cierto ángulo, los átomos en la capa superficial forma una estructura, la cual es diferente de la estructura en la mayor parte del material. En el interior, cada átomo de titanio tiene seis átomos de oxígeno vecinos, mientras que los átomos de titanio en la superficie sólo se conectan a cuatro átomos de oxígeno cada uno. Esta es la razón para la notable estabilidad química de la superficie. Normalmente tales materiales son dañados si entran en contacto con agua y oxígeno.

Algo destacable tiene lugar cuando el material es irradiado con ondas electromagnéticas de alta energía: la radiación puede eliminar los átomos de oxígeno de la superficie. Después otros átomos de oxígeno del interior del material se mueven hacia la superficie. En el interior del material, surge una deficiencia de oxígeno, así como un excedente de electrones.

Estos electrones, localizados en una capa bidimensional muy cercana a la superficie, se pueden mover libremente. Esto es lo que se denomina un gas de electrones. Ya ha habido algunas evidencias de gases de electrones bidimensionales en materiales similares, pero hasta ahora la creación de un gas de electrones estable y duradero en una superficie ha sido imposible. Las propiedades de los electrones en el gas pueden ser ajustadas de forma precisa. Dependiendo de la intensidad de la radiación, el número de electrones varía. Añadiendo diferentes átomos, las propiedades electrónicas también pueden ser cambiadas.

En la física del estado sólido, la denominada estructura de bandas de un material es muy importante. Describe la relación entre la energía y el momento de los electrones. El elemento destacable acerca de la superficie es que muestra tipos completamente diferente de estructuras de bandas, dependiendo del estado cuántico del electrón.

El gas de electrones en el nuevo material exhibe una multitud de diferentes estructuras electrónicas. Algunas de ellas podrían ser muy adecuadas para producir interesantes efectos magnéticos o superconductividad. Las prometedoras propiedades del titanato de estroncio tendrán que ser investigadas a fondo.

Via Tuwein