Investigadores de la Universidad de Warwick han descubierto que al agregar una pequeña cantidad de oro, o cualquier otro metal noble, a un cristal, pueden alterar su estructura e inducir efectos eléctricos de los que antes no era capaz, como convertir el calor en electricidad. . Este hallazgo permite que la nueva sustancia funcione eficazmente como semiconductor.
El método del equipo, que se explicó en la revista Nature el mes pasado, demuestra que el material de cristal modificado podría ser útil en aplicaciones de detección, conversión de energía y tecnologías móviles.

Alterando la estructura del cristal

Según el artículo de investigación, el método se basa en alterar la simetría de la estructura del cristal. Un cristal puede estar hecho de varios átomos diferentes, siempre que tenga una estructura ordenada de partículas que se formen en un patrón simétrico.


Los ingenieros pueden producir nuevas propiedades de semiconductores a partir de cristales alterando su simetría a través de un estímulo externo. Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Warwick.

Sin embargo, desde un punto de vista funcional, la simetría no es el objetivo, dice el coautor principal, el profesor Marin Alexe. En cambio, los investigadores intentan romper esta estructura simétrica de una manera que produzca nuevos efectos.
En este estudio, se descubrió que el cristal funciona como un semiconductor y permite que una corriente eléctrica fluya a través de él. Al agregar una pequeña pieza de metal, en este caso, oro, a la superficie del cristal, los investigadores crearon una unión Schottky.

Un modelo atómico de una interfaz Schottky de titanato oro-estroncio
Un modelo atómico de una interfaz Schottky de titanato de oro y estroncio. Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Warwick.

Esto induce un campo eléctrico que excita la estructura semiconductora debajo del metal, rompiendo su simetría y dando lugar a nuevos efectos, incluido un efecto piezoeléctrico y piroeléctrico conocido como "efectos de interfaz". Los efectos de la interfaz están confinados en una región poco profunda del cristal debajo del metal.

Gran potencial para aplicaciones de detección

En este estudio, los investigadores utilizaron los metales nobles platino y oro para crear su unión. Estos fueron seleccionados por su alta función de trabajo termodinámico; sin embargo, otros metales nobles como el cobre, la plata o el iridio también serían opciones viables. Para los cristales en sí, se utilizaron dióxido de titanio y silicio.

Dispositivo que puede caracterizar el efecto piezoeléctrico directo de las uniones Schottky
Representación de un dispositivo que puede caracterizar el "efecto piezoeléctrico directo de las uniones Schottky". Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Warwick.

Normalmente, estos materiales no mostrarían un efecto piezoeléctrico o piroeléctrico. Sin embargo, una vez que experimentan los cambios indicados en este estudio, pueden producir electricidad cuando experimentan una fuerza (efecto piezoeléctrico) o un cambio de temperatura (efecto piroeléctrico). Por lo tanto, los materiales podrían usarse en aplicaciones de detección que requieran una alta sensibilidad o en otras tecnologías que requieran conversión de energía.
Al finalizar el trabajo de investigación, el profesor Alexe dijo que el trabajo de su equipo proporciona un camino completamente diferente para modificar los materiales y ajustar los efectos resultantes, abriendo muchas posibilidades y aplicaciones, algunas de las cuales aún pueden ser desconocidas.

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