Trabajan para generar sistemas de almacenamiento de información que sean más pequeños y rápidos

Investigadores de la UNNOBA y UNLP llevan adelante un estudio de impurezas metálicas en óxidos semiconductores que tiene como objetivo aportar conocimiento en física básica y en la aplicación tecnológica.
"En este proyecto nos proponemos, mediante un abordaje experimental y teórico, investigar diversas propiedades de impurezas metálicas en óxidos semi-conductores a fin de entenderlas y, eventualmente, contribuir al diseño de nuevos materiales", explica Leonardo Errico, docente de la UNNOBA e investigador adjunto del CONICET.
En la naturaleza, existen diferentes tipos de materiales, clasificados de acuerdo a su capacidad de conducir carga eléctrica. "Un ejemplo es el cobre, que por esto es empleado en cables eléctricos. Otra clase son los materiales aisladores, que no conducen la corriente, como el plástico que recubre a los cables eléctricos. Por último, están los semiconductores, tema que aborda la investigación", afirma Errico, que se desempeña en la UNNOBA como profesor de las materias Termodinámica y Fisicoquímica del Departamento de Ciencias Básicas.

La explicación

En efecto, los semicon-ductores son materiales que presentan un comportamiento intermedio: sólo en ciertas condiciones permiten la conducción de corriente. Ejemplos de éstos en la naturaleza son: el dióxido de titanio, el dióxido de estaño, el monóxido de estaño, el silicio y el germanio.
¿Qué es un semicon-ductor? Errico lo compara con una carretera con dos carriles separados por una valla, en la cual uno de los carriles está completamente ocupado y el otro está desocupado: "En uno, hay embotellamiento y los autos no pueden moverse. Esos autos serían los electrones, el carril ocupado sería la llamada banda de valencia del semiconductor, la desocupada la banda de conducción, y la valla se conoce en física de semiconductores como banda prohibida. En la situación de esta carretera, los autos no pueden moverse, ya que en un carril está el embotellamiento y el otro está vacío".
"Para moverse deberían pasar al otro carril, pero la valla no lo permite. Lo mismo ocurre con los electrones en un semiconductor: la banda de valencia está llena de electrones, por lo cual éstos no pueden moverse. Para trasmitir información mediante los electrones [autos], éstos deberían saltar la valla [banda prohibida] hasta la banda de conducción [carril libre]. Esto se puede lograr mediante diferentes mecanismos. Una forma es mediante el agregado de impurezas, como por ejemplo átomos de hierro o cobalto, que se adicionan al material semi-conduc-tor en forma controlada", grafica el investigador.

Huecos

Esas impurezas abrirían "huecos en la valla". "De esta manera los autos [electrones] pueden pasar fácilmente al carril libre [banda de conducción]. Entonces, se favorece la movilidad de los electrones y mediante ellos podemos trasmitir información", sintetiza.   
El profesor Errico asegura que el estudio de semiconductores con impurezas es un tema de "fuerte interés" en materia condensada y explica que la aplicación es relevante para  la tecnología electrónica moderna que está basada en materiales semiconductores. "Un ejemplo son los chips de las computadoras", dice.
Otros ejemplos de óxidos semiconductores son los óxidos de titanio, de amplio interés en procesos cata-líticos, aplicaciones biomé-dicas, y los óxidos de estaño, que se emplean en diferentes tipos de sensores y paneles solares.
Errico señala que un ejemplo que presenta un alto interés es el caso de los semiconductores a los que se agregan impurezas magnéticas como el hierro. "Estos sistemas han suscitado gran interés debido a sus potenciales aplicaciones tecnológicas en diversos campos: dispositivos de almacenamiento de información, óptica", agrega.
El profesor apunta que en particular las celdas de combustibles de óxidos sólidos están siendo investigadas en los últimos años de manera creciente porque representan una alternativa de obtención de energía en forma eficiente y, a la vez, de baja contaminación acústica y ambiental.
Para Errico, los problemas antes citados presentan un punto en común: en todos los casos, a fin de lograr una descripción adecuada de los sistemas mencionados y predecir los fenómenos físicos de interés, es necesario determinar la densidad electrónica de los sistemas, es decir cómo se "distribuyen" los electrones de estos materiales semiconductores, y cómo afecta a esta "distribución de electrones" la presencia de las impurezas.
"Durante los últimos veinte años variadas técnicas experimentales han sido extensamente aplicadas al estudio de este tipo de problemas. Sin embargo, para poder extraer toda la información que contienen los resultados experimentales es necesario contar con un modelo confiable que permita reproducir las magnitudes determinadas experimentalmente. Y explicar su origen", señala.

Diseño de materiales

"La aplicación potencial de esta ciencia básica es el llamado diseño de materiales", aclara. "En la actualidad, a partir de conocimientos aportados por la Física Básica, se ha podido desarrollar métodos computa-cionales muy precisos y confiables, que permiten predecir el comportamiento de materiales sin necesidad de fabricarlos. Este tipo de estudios puede ayudar al diseño de materiales para que, por ejemplo, esas celdas solares sean más viables económicamente", dice.
"Si podemos aplicarlo tecnológicamente la proyección sería, por ejemplo, sistemas de almacenamiento de información mucho más pequeños, mucho más rápidos", sostiene.
La investigación comenzó en 2008 y está previsto que termine a mediados de 2010. Integran el equipo de investigación los doctores Mario Renteria, Germán Darriba y Marcela Taylor; los becarios Emiliano Mu-ñoz y Diego Richard.
Todos pertenecen al Departamento de Física de la UNLP y al Instituto de Física La Plata (IFLP, CONI-CET). Participan también de la investigación las doctoras Claudia Rodríguez Torres, Fabiana Cabrera (UNLP e IFLP) yMariana Weiss-mann (UNSM, CNEA).