18/02/2015 - Miden un cambio récord de conductividad sometiendo un semiconductor a grandes presiones

Menéame

Investigadores del ICN2 han medido a temperatura ambiente los valores más altos de piezoresistividad jamás medidos en ningún material electrocerámico, superando también los registros de materiales de referencia como los nanohilos de silicio o el grafeno. Además, han hecho la medida con una técnica sencilla que evita la necesidad de disponer de grandes equipamientos de control de la presión. La investigación la ha llevado a cabo el Grupo de Nanoelectrónica de Óxidos, encabezado por el Prof. ICREA Gustau Catalan. La Dra. Neus Domingo es la primera firmante del artículo publicado en Nanoscale y ha tenido un papel clave en la investigación.

La piezoresistividad es un fenómeno que consiste en que ciertos materiales cambian su conductividad eléctrica cuando se les aplica una presión que los deforma. Eso es debido al hecho que los aislantes y los semiconductores tienen unas características eléctricas muy especiales que crean bandas con distintas propiedades: la banda de valencia, donde los electrones están ‘aparcados’, y la banda de conducción, por donde circula la corriente eléctrica. Estas bandas están separadas por una barrera de energía; cuanto más baja es esta barrera, mayor es el número de electrones en la banda de conducción y, por lo tanto, más alta es la conductividad eléctrica.

Al aplicar una presión sobre algunos materiales semiconductores se modifica la altura de la barrera que separa la banda de valencia y la de conducción, facilitando el salto de los electrones a la banda de conducción y disminuyendo por lo tanto la resistencia eléctrica del material. En otras palabras, cuando apretamos el material, conduce mejor la electricidad. Eso tiene un amplio abanico de aplicaciones posibles, que van desde sensores de presión hasta transistores microelectrónicos donde la corriente está regulada por presión en lugar de voltaje.

Una punta nanoscópica para estudiar grandes presiones

En los laboratorios del ICN2, el Grupo del Prof. Catalan ha medido una piezoresistividad enorme en un material cerámico, el iridato de estroncio (Sr2IrO4). Las medidas se han efectuado con un microscopio de fuerza atómica (AFM), un aparato que utiliza las agujas nanoscópicamente afiladas que permiten apretar el material y a la vez medir su conductividad. De hecho, se trata de una manera nueva e imaginativa de utilizar este equipamiento, ya que es la primera vez que la punta del microscopio AFM se utiliza para medir la piezoresistividad de un material.

La punta del AFM es tan pequeña que una fuerza minúscula resulta en valores de presión muy elevados. Menos de 1 mg de fuerza (equivalente al peso de una hormiga), aplicada sobre una punta nanoscópica, se traduce en presiones de 100 toneladas (el peso de 20 elefantes) por centímetro cuadrado. De hecho, las presiones son tan altas (hasta 10GPa) que, para evitar que las puntas del microscopio se aplasten, se utilizan puntas de diamante.

Con estas presiones los investigadores han conseguido hacer que el Sr2IrO4 conduzca 250 veces más electricidad. Destaca también que, a pesar de aplicar deformaciones un número repetido de veces (más de 500), la muestra no ha sufrido desperfectos. Además, esta piezoresistividad se ha medido a temperatura ambiente. Todo esto hace que dicho semiconductor sea un buen candidato para futuras aplicaciones en sensores, nuevos tipos de transistores y otros dispositivos electrónicos especializados. Desafortunadamente, el iridio es un material muy poco abundante en nuestro planeta, y los científicos ya están buscando materiales alternativos.

Las muestras para esta investigación han sido fabricadas en la University of California (USA) y el estudio se ha realizado en el ICN2 en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB). El financiamiento para este proyecto se ha obtenido principalmente del European Research Council (ERC) Consolidator Grant y de un Proyecto del Plan Nacional de Excelencia Investigadora del Prof. Catalan.

Referencia al artículo:

Domingo, N., López-Mir, L., Paradinas, M., Holy, V., Železný, J., Yi, D., Suresha, S.J., Liu, J., Rayan Serrao, C., Ramesh, R., Ocal, C., Martí, X., and Catalan, G. (2015). Giant reversible nanoscale piezoresistance at room temperature in Sr2IrO4 thin films. Nanoscale, 2015; 7: 3453-3459. DOI: 10.1039/C4NR06954D

Más información:

Abstract

______________________

ICN2

El Instituto de Graduados en Ingeniería e Ingenieros Técnicos de España (INGITE) ha iniciado una ambiciosa campaña para promover la elaboración de una Ley de la Ingeniería en España, un paso que consideran fundamental para adaptar el marco regulador profesional a las transformaciones tecnológicas, económicas y sociales que vive nuestro país.

Más información

AELMHU, AESEG, anefp, AseBio, BioSim, Farmaindustria y STANPA, representantes nacionales de los sectores de medicamentos de uso humano y la cosmética, presentan el informe elaborado junto a PwC sobre el impacto y los nuevos desafíos regulatorios, económicos y operacionales derivados de la Directiva (UE) 2024/3019 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de ...

Barcelona volverá a convertirse en punto de encuentro del ecosistema de la inteligencia artificial en Cataluña con la duodécima edición del AI Congress, que ampliará a tres días su programa para abordar cómo la inteligencia artificial está transformando la sociedad y la actividad económica, con especial atención en algunos de los grandes retos que ...

El Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Industriales de Madrid (COGITIM) ha lanzado una nueva edición del Curso de Adaptación al Grado para Ingenieros Técnicos Industriales, en colaboración con la Universidad Alfonso X el Sabio (UAX). Presentado el 15 de septiembre de 2026, este programa formativo está dirigido a profesionales que buscan actualizar y reforzar sus ...

España está a punto de dar un paso de gigante en el ámbito de las energías renovables marinas, y durante tres días Valencia será el lugar donde el sector discuta cómo hacerlo. Las XVI Jornadas Técnicas ENERMAR 2026, organizadas por laAsociación de Ingenieros Navales y Oceánicos de España bajo el lema“The Ocean and Renewable ...