Una sola capa de átomos de estaño podría ser primer material del mundo para conducir la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento a las temperaturas que los chips de ordenador funcionan , según un equipo de físicos teóricos dirigidos por investigadores del Departamento de (DOE ) SLAC National Accelerator Laboratory de Energía de EE.UU. y la Universidad de Stanford.
Los investigadores llaman a la nueva " stanene ," material que combina el nombre latino de estaño ( Stannum ) con el sufijo utilizado en el grafeno , otro material de una sola capa cuya novela eléctrica propiedades mantienen la promesa para una amplia gama de aplicaciones.
" Stanene podría aumentar la velocidad y reducir las necesidades de energía de las futuras generaciones de chips de ordenador, si nuestra predicción se confirmó por los experimentos que se están realizando en varios laboratorios de todo el mundo", dijo el líder del equipo , Shoucheng Zhang , profesor de física en Stanford y el Instituto Stanford de Materiales y Ciencias de la Energía ( SIMES ) , un instituto conjunto con SLAC . El trabajo del equipo fue publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.
El camino hacia la Stanene
Durante la última década , Zhang y sus colegas se han de calcular y predecir las propiedades electrónicas de una clase especial de materiales conocidos como aislantes topológicos , que conducen la electricidad sólo en sus bordes o superficies exteriores y no a través de sus interiores. Cuando aislantes topológicos son sólo un átomo de grosor , sus bordes conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento. Estas propiedades inusuales son el resultado de interacciones complejas entre los electrones y los núcleos de los átomos pesados en los materiales .
" La magia de los aislantes topológicos es que por su propia naturaleza , que obligan a los electrones a moverse en los carriles definidos sin ningún límite de velocidad , al igual que la autopista alemana ", dijo Zhang. "Mientras ellos están en la autopista - los bordes o superficies - los electrones viajan sin resistencia. "
En 2006 y 2009 , el grupo de Zhang predijo que teluro de mercurio y varias combinaciones de bismuto , antimonio , selenio y telurio deberían ser aislantes topológicos , y pronto se demostrara justo en experimentos llevados a cabo por otros. Pero ninguno de esos materiales es un conductor perfecto de la electricidad a temperatura ambiente , lo que limita su potencial para aplicaciones comerciales .
A principios de este año , científico visitante Yong Xu, que ahora trabaja en la Universidad de Tsinghua en Beijing, colaboró con el grupo de Zhang a considerar las propiedades de una sola capa de estaño puro .
"Sabíamos que deberíamos buscar en los elementos en la parte inferior derecha de la tabla periódica ", dijo Xu. " Todos los aislantes topológicos anteriores han involucrado a los elementos pesados y ricos en electrones ubicados allí. "
Sus cálculos indicaron que una sola capa de estaño sería un aislante topológico en y por encima de la temperatura ambiente , y que la adición de átomos de flúor a la lata sería ampliar su gama de funcionamiento de al menos 100 grados Celsius ( 212 grados Fahrenheit ) .
En última instancia, un sustituto de la silicona ?
Zhang dijo que la primera solicitud de esta combinación stanene flúor puede estar en el cableado que conecta las muchas secciones de un microprocesador , lo que permite a los electrones fluir tan libremente como los coches en una carretera. La congestión del tráfico todavía ocurrir en el sitio y fuera de rampas hechas de conductores convencionales , dijo. Pero cableado stanene debería reducir significativamente el consumo de energía y producción de calor de los microprocesadores .
Retos de fabricación incluyen garantizar que sólo una única capa de estaño se deposita y mantener que una sola capa intacta durante los procesos de fabricación de chips de alta temperatura .
"Con el tiempo , podemos imaginar stanene se utiliza para muchas más estructuras de circuitos , incluyendo la sustitución de silicio en los corazones de los transistores ", dijo Zhang. "Algún día incluso podríamos llamar a esta zona del Valle de estaño en vez de Silicon Valley. "
Contribuyentes adicionales incluyeron investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing y el Instituto Max Planck de Química Física de Sólidos en Dresde , Alemania. La investigación fue apoyada por el programa Mesodynamic Arquitecturas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa .
Thu, 11/21/2013 - 2:45pm
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