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En metales tales como cobre o aluminio, los denominados electrones de valencia (electrones de la capa de valencia o de conducción) son capaces de moverse libremente de un modo similar a como lo hacen las partículas de un gas o un líquido.

 

Sin embargo, si la red cristalina del metal presenta impurezas, los electrones se agrupan en patrones uniformes en torno a éstas. Las impurezas han provocado un foco de interferencia que recuerda a las ondas que se forman en un estanque al tirar una piedra al agua (efecto conocido como oscilaciones de Friedel). Unos investigadores alemanes han descubierto, con la ayuda de simulaciones por ordenador, una combinación de materiales capaz de aumentar estas oscilaciones y de agruparlas en diferentes direcciones, como si se tratase de una lente. Con rangos en torno a los 50 nanómetros, estas oscilaciones gigantes son bastante más grandes que las habituales y abren nuevas posibilidades en el campo de la nanoelectrónica para intercambiar o filtrar información magnética.

 

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Por medio de microscopia de efecto túnel a baja temperatura, se consiguió hacer visibles unas oscilaciones en la densidad de carga electrónica en la superficie de una lámina metálica. Fuente: Forschungszentrum Jülich.

 

El estudio, recientemente publicado en la revista científica Nature Communications, fue precedido por un descubrimiento extraordinario: los científicos de Jülich vieron en imágenes de una delgada lámina de hierro con impurezas de oxígeno obtenidas por microscopia de efecto túnel, que las ondas electrónicas describían formas curiosas. Según el Dr. Samir Lounis, “el patrón de las ondas no consistía en anillos cerrados concéntricos como podría esperarse, sino que estaban dispersadas transversalmente en cuatro direcciones diferentes desde el foco de las interferencias”.

 

Esta inusual distribución en las fluctuaciones de densidad electrónica se debe a la forma prácticamente cuadrada que presentan las superficies de Fermi del material, que normalmente varían entre circulares y cuadradas con los bordes redondeados. Los electrones más energéticos de un compuesto atómico son aquellos que se mueven en torno a las superficies de Fermi. Su forma y la movilidad de los electrones determinan las propiedades físicas de los materiales.

 

Como explicaba el Dr. Lounis, “la naturaleza plana de las superficies de Fermi de nuestras muestras amplifica las oscilaciones de Friedel, que se extienden perpendicularmente a la superficie”. Los investigadores descubrieron que este efecto puede intensificarse sustancialmente variando del grosor de la muestra metálica. Así, la formación de las superficies de Fermi depende del número de capas de átomos de la muestra; a mayor número de capas, mayores oscilaciones se producen.

 

En principio, las oscilaciones podrían utilizarse para intercambiar información entre impurezas magnéticas puntuales y mejorar el grado de integración de los componentes nanoelectrónicos. Como las oscilaciones las producen principalmente espines de una sola orientación, éstas podrían convertirse en la base de los denominados filtros de espines, que son componentes importantes en aplicaciones de espintrónica, la tecnología emergente que tiene como uno de sus objetivos el desarrollo de ordenadores cuánticos.

 

Más información:

Bouhassoune, M. et al. Quantum well states and amplified spin-dependent Friedel oscillations in thin films. Nat. Commun. 5:5558 DOI: 10.1038/ncomms6558 (2014).

Artículo original publicado por Forschungszentrum Jülich en

Traductor

Greco González Miera
Licenciado en Química por la Universidad de Zaragoza con una estancia Erasmus en la Westfälische Wilhelms-Universität de Münster (Alemania) y, a día de hoy, en la Universidad de Estocolmo (Suecia) haciendo mi tesis doctoral en el departamento de Química Orgánica. Admirador secreto de los rincones secretos y vivencias que depara el planeta. Viajero pero comodón, deportista pero glotón, extrovertido pero gruñón. Colaborador de @gomobel en todo lo que me propone y autoinvitado a lo que no.

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