Un paso colosal para la electrónica

Un paso colosal para la electrónica: el nuevo método crea un aumento importante en la resistencia eléctrica

Fig.1 Dispositivos de resistencia de protones de óxido fuertemente correlacionados. Crédito: Universidad de Osaka

Investigadores de la Universidad de Osaka demostraron una nueva técnica para modificar la concentración de hidrógeno de las resistencias aplicando un voltaje eléctrico. El campo eléctrico generado impulsó la difusión de iones de hidrógeno más profundamente en la red de nicquelato de tierras raras de perovskita, lo que condujo a un aumento “colosal” sintonizable en la resistencia eléctrica. Esta investigación puede conducir a nuevos sensores de gas y materiales inteligentes conmutables eléctricamente.

Los chips de computadora dependen del control cuidadoso de las señales eléctricas a través de semiconductores. Convencionalmente, la conductividad de los chips de silicio se modifica “dopando” intencionalmente con iones de impureza. Sin embargo, este proceso generalmente se realiza una vez en la fábrica y no se puede cambiar más adelante. Por lo tanto, la capacidad de controlar dinámicamente el dopaje de materiales abriría el camino a interruptores novedosos y potencialmente incluso a tipos completamente nuevos de circuitos informáticos.

Ahora, los científicos de la Universidad de Osaka han creado películas delgadas de óxido de níquel y neodimio (NdNiO3) con una resistencia eléctrica que puede cambiar drásticamente al controlar la distribución de iones de hidrógeno (protones) en la película. El hidrógeno se añadió en un proceso llamado “recocido en fase gaseosa” en el que la película delgada, que tiene una estructura de cristal de perovskita, se expuso a gas hidrógeno en presencia de un campo eléctrico que provocó la formación de protones de hidrógeno. Esta reacción se aceleró mediante electrodos de platino, que actúan como catalizadores.

El aumento de la temperatura de recocido provocó que más protones se difundieran en la película. A temperatura ambiente, la resistencia de las películas se duplicó con respecto al valor original, pero aumentó en un factor de 30 a 200 ° C. “Llamamos ‘colosal’ a un aumento tan grande en la resistencia porque se detecta fácilmente en dispositivos electrónicos”, explica el primer autor Umar Sidik.

Un paso colosal para la electrónica
Fig.2 Ilustraciones esquemáticas de dispositivos de resistencia de protones y su relación de modulación de resistencia dependiente de polarización eléctrica. Crédito: Universidad de Osaka

De esta manera, se demostró que la combinación de campo eléctrico y recocido en fase gaseosa a una temperatura deseada permitía el control del dopaje por difusión, lo que conducía a dispositivos resistivos colosales sintonizables eléctricamente. Las estructuras cristalinas se confirmaron mediante difracción de rayos X y microscopía óptica. El cambio fue visible porque la región dopada con hidrógeno se volvió ópticamente transparente.

“Además de la gran modulación de resistencia, el dopaje iónico también tiene el potencial de cambiar de manera reversible las propiedades estructurales y electrónicas de materiales correlacionados a través de un campo eléctrico manipulando el proceso de difusión de iones dentro o fuera de un material”, dice la autora principal Azusa N. Hattori. . De hecho, esto puede llevar a que funcionen todos los dispositivos “iontrónicos” que dependen del movimiento de los iones dentro de una red sólida.


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