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Se están considerando muchos materiales bidimensionales con diferentes propiedades eléctricas y físicas para la próxima generación de dispositivos electrónicos. Uno de estos materiales es la mica moscovita (MuM).
M+M ha despertado interés como sustrato ultraplano para fabricar dispositivos eléctricos flexibles, como lo hizo el grafeno. Sin embargo, a diferencia del grafeno, MuM es un aislante. Está formado por capas de silicio (Si), aluminio (Al) y potasio (K), pero sus propiedades eléctricas no están claras. En particular, no está claro cómo funcionan las propiedades de los MuM gruesos de una sola y pocas capas moleculares. Esto se debe a un fenómeno cuántico conocido como «tunelización». Por esta razón, comprender la conductividad de MuM delgado ha sido un desafío.
El profesor Muralidhar Miryala del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT), Japón, los profesores MS Ramachandra Rao, Ananth Krishnan y el Sr. Ankit Arora, estudiante de doctorado del Instituto Indio de Tecnología de Madrás, India, observaron recientemente un comportamiento semiconductor en escamas delgadas de MuM, que son caracterizado por una conductividad eléctrica 1000 veces mayor que el MuM grueso.
Para evitar la formación de túneles, los investigadores mantuvieron los electrodos de contacto a 1 m de distancia mientras exfoliaban finas escamas de MuM de diferentes grosores sobre sustratos de silicio (SiO2/Si). Cuando midieron la conductividad eléctrica, descubrieron que a medida que las escamas pasaban a un estado conductivo en menos capas, hacían la transición gradualmente. Descubrieron que para las escamas de MuM de menos de 20 nm, la corriente variaba con el espesor, aumentando en un factor de 1000 para un MuM de 10 nm de espesor (5 capas de espesor), en contraste con un MuM de 20 nm de espesor.
El «modelo de conducción de salto» propone que la conductancia observada es causada por un aumento en la densidad de portadores en la banda de conducción con espesor decreciente. En pocas palabras, a medida que las escamas de MuM se vuelven más delgadas, se requiere menos energía para transferir electrones de la masa sólida a la superficie. Esto facilita que los electrones entren en la «banda de conducción», donde pueden moverse libremente y conducir la electricidad. Los investigadores atribuyeron el motivo del aumento de la densidad de portadores a los efectos del dopaje de la superficie (adición de impurezas) provocado por los iones K+ y la relajación de la estructura cristalina de MuM.
Este descubrimiento es significativo porque muestra que la estructura de bandas de capas finas exfoliadas de MuM es comparable a la de los semiconductores de banda prohibida ancha. Esto hace que las finas escamas de MuM sean un material perfecto para dispositivos electrónicos bidimensionales que son a la vez flexibles y resistentes, junto con su excepcional estabilidad química. “MuM es conocido por su estabilidad excepcional en entornos hostiles caracterizados por altas temperaturas, presiones y cargas eléctricas. El comportamiento similar al de los semiconductores observado en nuestro estudio sugiere que M+M tiene el potencial de allanar el camino para el desarrollo de una electrónica robusta”, dice el profesor Miryala.
Acceda a su investigación aquí.
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