Los
investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología (NUST
MISIS), Serguéi Brazovski y Piotr Kárpov, desarrollaron la teoría de
formación de un estado 'oculto' en uno de los materiales más
prometedores de la microelectrónica actual: el disulfuro de tántalo
laminar.
Un artículo sobre los resultados de esta investigación se ha publicado en la revista Scientific Reports.
Serguéi
Brazovski que actualmente es el director del proyecto de investigación
"Teoría de estados electrónicos en materiales laminares localmente
ajustados" de la NUST MISIS descubrió el estado 'oculto' de la
respectiva sustancia en 2014 junto con sus colegas de Eslovenia. El
ensayo que suscitó un gran interés hacia la investigación de materiales
laminares consistía en dar pulsos eléctricos ultracortos o de láser a
una muestra del disulfuro de tántalo de menos de 100 nanometros de
tamaño.
Estos impulsos cambian el estado del material que se transforma de
dieléctrico en conductor (o al contrario, según el deseo de los
investigadores). Esta transformación se produce en un picosegundo: con
una velocidad mucho mayor que en los materiales más rápidos usados como
soportes de la memoria en los ordenadores actuales. Y una vez
finalizados los impulsos, este estado no cambia sino que se mantiene
estable. Así las cosas, este material podrá usarse en los soportes de
datos de nueva generación.
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Foto: MISIS
Serguéi
Brazovski, director del proyecto de investigación "Teoría de estados
electrónicos en materiales laminares localmente ajustados" de la NUST
MISIS
El coautor de este proyecto, el ingeniero del Departamento de Física
Teórica y Tecnologías Cuánticas de la NUST MISIS, Piotr Kárpov, explicó a
RIA Novosti los detalles de la investigación: "Cuando nuestros colegas
de Eslovenia descubrieron el estado oculto de la sustancia que es
imposible conseguir con transiciones habituales (termodinámicas) de
fase, se publicaron muchos artículos en varias revistas.
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Sputnik/ Sergey Mamontov
Muchas
de estas investigaciones estaban basadas exclusivamente en ensayos y no
tenían un fundamento teórico. Es decir, se logró obtener este estado en
muchos laboratorios, pero no se entendían las causas de esto, los
mecanismos de su formación, su naturaleza. ¿Por qué, una vez finalizada
la excitación, el sistema no regresa en su estado de partida sino que
los cambios persisten durante un período ilimitado? En este artículo
intentamos encontrar una explicación teórica de los respectivos
procesos".
Los investigadores de la NUST MISIS desarrollaron un modelo teórico
universal que podría describir la característica más importante de los
nuevos estados: la formación y la transformación del mosaico
nanoestructural.
Tras
el tratamiento con impulsos eléctricos, una parte de átomos de metal en
la muestra del disulfuro de tántalo laminar sale fuera de la red
cristalina, lo que provoca defectos: vacancias cargadas del cristal
electrónico. Mientras, en vez de repelerse a la distancia máxima, las
cargas se distribuyen por las cadenas lineales de átomos de tántalo que
forman límites de las áreas con el estado diferente de átomos de
tántalo — dominios. Posteriormente estas cadenas forman una red global.
Las manipulaciones con esta nanored producen los mencionados efectos de
transformación y de memoria.
"Intentamos descubrir por qué las cargas de
igual signo en esta estructura no se repelen sino que se atraen. Resulta
que este proceso es más eficiente enérgicamente que la repulsión máxima
de las cargas positivas, porque cuando se forman paredes de dominio
fraccionalmente cargadas se minimiza la carga de cada uno de los átomos
que forman esta pared. Esto hace el sistema de dominios más estable, lo
que confirmaron las pruebas. Se puede transformar todo el cristal en
este estado con el mosaico de dominios y glóbulos de las paredes que los
separan", explica Piotr Kárpov.
Según científicos, gracias a la teoría desarrollada, se puede afirmar
que el estado de dominio del disulfuro de tántalo se puede usar para el
almacenamiento de datos a largo plazo y para un trabajo ultrarrápido
con la información.
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