09.11.2020 - Technische Universität Dresden

Fósforo azul: Cómo un semiconductor se convierte en un metal

El fósforo azul, un semiconductor sintético atómicamente delgado, se vuelve metálico en cuanto se convierte en una doble capa. Esto ha sido descubierto por un equipo interdisciplinario dirigido por el profesor Thomas Heine de la Universidad Técnica de Dresde y el profesor Gabriel Merino del instituto de investigación mexicano Cinvestav Mérida. Los científicos son los primeros en describir la posibilidad de construir transistores a nanoescala, altamente eficientes, que consisten en un solo elemento. Los resultados de estas investigaciones se publicaron como artículo destacado en el número actual de la revista "Physical Review Letters".

El elemento químico fósforo es considerado uno de los elementos más esenciales para la vida. Los compuestos de fósforo están profundamente involucrados en la estructura y función de los organismos. Cada humano lleva alrededor de un kilogramo de él en el cuerpo. Pero incluso fuera de nuestros cuerpos estamos rodeados de fosfatos y fosfonatos todos los días: en nuestra comida, en detergentes, fertilizantes o en medicinas.

El fósforo se produce en varias modificaciones que tienen propiedades extremadamente diferentes. En condiciones normales, se distingue entre el fósforo blanco, púrpura, rojo y negro. En 2014, un equipo de la Universidad Estatal de Michigan, EE.UU., predijo computacionalmente el "fósforo azul", que podría producirse experimentalmente dos años después.

El fósforo azul es un material llamado bidimensional (2D). Debido a su estructura de una sola capa en forma de panal, recuerda al que probablemente sea el material 2D más conocido: el grafeno. Análogo a su famoso precursor, también fue llamado fósforo azul. Este novedoso material semiconductor ha sido investigado desde entonces como un candidato extremadamente prometedor para dispositivos optoelectrónicos.

El químico de Dresde, el profesor Thomas Heine, en cooperación con científicos mexicanos, ha hecho ahora un descubrimiento único: aplicando un concepto topológico identificaron computacionalmente una estructura de panal abombado de dos capas notablemente estable de fosforeno azul mediante cálculos de gran precisión en computadoras de alto rendimiento. Este compuesto de dos capas es extremadamente estable. Como los científicos descubrieron sorprendentemente, tiene propiedades metálicas debido a la muy pequeña distancia entre las dos capas.

Como todos los componentes, estos dispositivos deben ser alimentados con energía, que normalmente entra en el material a través de electrodos metálicos. En la interfaz metal-semiconductor, las pérdidas de energía son inevitables, un efecto conocido como la barrera Schottky. El fósforo azul es semiconductor como una capa simple, pero se prevé que sea metálico como una capa doble. Los materiales metálicos en 2D son muy raros, y por primera vez se ha descubierto un material elemental puro que exhibe una transición semiconductora-metal de la monocapa a la doble capa. Así, un componente electrónico u optoelectrónico para su uso en transistores o fotocélulas puede realizarse a partir de un solo elemento químico. Como en estos dispositivos no existe una interfaz entre el semiconductor y el metal, la barrera de Schottky se reduce considerablemente y se puede esperar una mayor eficiencia.

"Imagina que pones dos capas de papel una encima de la otra y de repente la doble hoja brilla metálicamente como una lámina de oro. Esto es exactamente lo que predecimos para el fosforeno azul. Este trabajo subraya la importancia de la interdisciplinariedad en la investigación básica. Utilizando un modelo matemático topológico y la química teórica, fuimos capaces de diseñar un nuevo material en el ordenador y predecir sus propiedades físicas. Se esperan aplicaciones en el campo de la nano y optoelectrónica", explica el profesor Heine.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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