Los físicos de HZB en BESSY II han investigado una clase de materiales que exhiben características de aisladores topológicos. Durante estos estudios descubrieron una transición entre dos fases topológicas diferentes, una de las cuales es ferroeléctrica, lo que significa una fase en el material que exhibe electricidad espontáneapolarización y puede ser revertido por un campo eléctrico externo.
Esto también podría conducir a nuevas aplicaciones, como cambiar entre diferentes conductividades.
Los investigadores de HZB estudiaron películas semiconductoras cristalinas hechas de una aleación de plomo, estaño y selenio PbSnSe que se doparon adicionalmente con pequeñas cantidades del elemento bismuto. Estos semiconductores pertenecen a la nueva clase de materiales llamados aislantes topológicos, materiales que conducenmuy bien en sus superficies mientras se comportan como aislantes internamente. El dopaje con 1-2% de bismuto les ha permitido observar una nueva transición de fase topológica ahora. La muestra cambia a una fase topológica particular que también posee la propiedad de ferroelectricidad. Esto significa queun campo eléctrico externo distorsiona la red cristalina, mientras que, a la inversa, las fuerzas mecánicas en la red pueden crear campos eléctricos.
El efecto puede usarse para desarrollar una nueva funcionalidad, que también es de interés para aplicaciones potenciales. Los materiales de cambio de fase ferroeléctricos se emplean en DVD y memorias flash, por ejemplo. Un voltaje eléctrico desplaza los átomos en el cristal, transformando el material aislanteen uno metálico.
El dopaje con bismuto en las películas de PbSnSe investigadas en HZB sirvió como una perturbación. El número de electrones en el bismuto no encaja bien en la disposición periódica de los átomos dentro del cristal de PbSnSe. "Pequeños cambios en la estructura atómica dan lugar a efectos fascinantesen esta clase de materiales ", explica el investigador de HZB Dr. Jaime Sánchez-Barriga, investigador principal que coordina el proyecto.
Tras el análisis detallado de las mediciones, solo quedaba una conclusión: el dopaje con bismuto causa una distorsión ferroeléctrica en la red que también cambia los niveles de energía permitidos de los electrones. "Este problema nos mantuvo desconcertados durante varios tiempos de haz hasta que reproducimos los resultados científicosen un conjunto completamente nuevo de muestras ", agrega Sánchez-Barriga." Las posibles aplicaciones podrían surgir a través de fases ferroeléctricas, que no se habían pensado antes. La conducción sin pérdidas de electricidad en materiales topológicos se puede encender y apagar a voluntad.pulsos eléctricos o por tensión mecánica ", explica el profesor Oliver Rader, jefe del departamento Materiales para Green Spintronics en HZB.
La investigación se llevó a cabo en estrecha colaboración con investigadores de Johannes-Kepler-Universität Linz que también cultivaron las muestras. Partha S. Mandal, que realizó las mediciones en el sistema de materiales como parte de su disertación, recibió el apoyo de Helmholtz VirtualInstituto "Nuevos estados de la materia y sus excitaciones".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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