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(noticias nanowerk) Un equipo de investigación del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad de Salerno en Italia ha descubierto que las películas delgadas de bismuto elemental presentan el llamado efecto Hall no lineal, que podría utilizarse en tecnologías para el uso controlado de terahercios Señales de alta frecuencia en chips electrónicos. El bismuto combina varias propiedades beneficiosas que no se habían encontrado previamente en otros sistemas, como informa el equipo. Electrónica de la naturaleza (“Un efecto Hall no lineal sintonizable a temperatura ambiente en películas delgadas de bismuto elemental”).
En particular: El efecto cuántico se observa a temperatura ambiente. Las películas finas se pueden aplicar incluso sobre sustratos de plástico y, por lo tanto, podrían ser adecuadas para aplicaciones modernas en la tecnología de alta frecuencia.
![El efecto Hall no lineal en películas delgadas de bismuto puede controlarse mediante la geometría de los canales arqueados microfabricados.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64747_1.jpg)
“Cuando aplicamos una corriente a ciertos materiales, estos pueden producir un voltaje perpendicular a ella. Los físicos llamamos a este fenómeno efecto Hall, que en realidad es un término colectivo para efectos que tienen el mismo efecto pero difieren en los mecanismos subyacentes». «Normalmente, el voltaje Hall registrado depende linealmente de la corriente aplicada», dice el Dr. Denys Makarov del Instituto de Investigación de Materiales y Física de Haces de Iones del HZDR.
La mayoría de estos efectos se deben a la influencia de campos magnéticos o magnetismo en el material. Pero en 2015, los científicos descubrieron que el efecto Hall puede ocurrir incluso sin la influencia del magnetismo.
«Esto lo logramos con materiales cuya disposición cristalina permite tensiones Hall que ya no están relacionadas linealmente con la corriente», añade el profesor Carmine Ortix del Departamento de Física de la Universidad de Salerno. Este efecto es de gran interés porque permite componentes novedosos para la electrónica de alta velocidad.
Los dos investigadores trabajaron juntos para encontrar materiales adecuados y posibles aplicaciones prácticas del llamado efecto Hall no lineal. Mientras Ortix es físico teórico, Makarov aporta sus conocimientos experimentales y la conexión con otros institutos del HZDR, que con su experiencia participan de manera importante en el trabajo.
“Nos hemos asociado con colegas del Centro ELBE para Fuentes de Radiación de Alta Potencia, el Laboratorio de Alto Campo Magnético y el Instituto de Ecología de Recursos. El objetivo común: encontrar un material adecuado con el que se pueda producir este efecto cuántico de forma controlada en el espacio: «A una temperatura que además sea fácil de manejar y no sea tóxico», describe Makarov el punto de partida del trabajo conjunto.
Material familiar, nuevas propiedades.
Con la sustancia elemental bismuto, el equipo encontró un candidato que tiene estas propiedades. El bismuto es conocido por su fuerte efecto Hall clásico que está presente en la mayor parte del material. Los investigadores descubrieron que, en cambio, los efectos cuánticos dominan las superficies y determinan el flujo de corriente incluso a temperatura ambiente.
Una ventaja importante de este enfoque es que los investigadores pueden aplicar sus películas delgadas con propiedades cuánticas a una variedad de sustratos electrónicos, como obleas de silicio e incluso plástico. El equipo consigue controlar el efecto mediante una sofisticada microfabricación: pueden influir directamente en las corrientes a través de la geometría de los canales del chip.
Nuevos materiales cuánticos con relevancia tecnológica
Otros equipos ya habían creado una serie de materiales que presentan el efecto Hall no lineal, pero que no combinan todas las propiedades deseables. El grafeno, por ejemplo, es respetuoso con el medio ambiente y su efecto Hall no lineal se puede controlar fácilmente, pero sólo a temperaturas inferiores a -70 grados centígrados. Esto significa que si los investigadores quieren aprovechar el efecto, tendrán que enfriarlo con nitrógeno líquido. Para otros compuestos tendrían que utilizar temperaturas aún más bajas.
Actualmente, la investigación se centra en encontrar materiales adecuados, pero los científicos ya están pensando en el futuro. “Vemos potencial técnico principalmente en la conversión de ondas electromagnéticas de terahercios en corriente continua utilizando nuestros materiales de película delgada. Esto hace posible la creación de nuevos componentes para la comunicación de alta frecuencia», afirma Ortix. Los sistemas de comunicación deben ampliar la frecuencia portadora más allá de los 100 gigahercios hasta el rango de los terahercios, algo que con las tecnologías actuales es inalcanzable.
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