¿Qué pasaría si existiera un material que pudiera transportar la energía más rápido y eficientemente que el silicio, el componente básico de la electrónica moderna? Esa es la pregunta que se plantean los científicos de la Universidad de Columbia en EE.UU., que han descubierto un material superatómico con propiedades sorprendentes. Se trata del Re6Se8Cl2, un semiconductor que forma nuevas cuasipartículas al interactuar con las vibraciones de la red cristalina. Estas cuasipartículas, llamadas excitones, se mueven sin dispersión y a velocidades muy superiores a las de los electrones del silicio. Según un artículo publicado en Science, este material podría revolucionar el campo de la electrónica y la optoelectrónica, al permitir el desarrollo de dispositivos más rápidos y eficientes.
El Re6Se8Cl2 es un material superatómico, es decir, que está formado por átomos que se agrupan en unidades discretas llamadas superátomos, que se comportan como átomos individuales. Los superátomos tienen propiedades electrónicas únicas que dependen de su tamaño, forma y composición.
Cuando el Re6Se8Cl2 se ilumina con luz láser, se generan excitones, que son pares de electrones y huecos (espacios vacíos dejados por los electrones) que se atraen entre sí. Los excitones son portadores de energía que pueden viajar a través del material sin perderla por el camino. Sin embargo, en la mayoría de los materiales, los excitones se disipan al encontrarse con los fonones, que son las vibraciones de la red cristalina. Pero en el Re6Se8Cl2, los excitones no se disipan, sino que se unen a los fonones para formar excitones-polarones acústicos. Estas nuevas cuasipartículas tienen una masa efectiva menor que la de los electrones y los huecos, lo que les permite moverse más rápido y sin dispersión.
Los investigadores realizaron experimentos para medir la velocidad y el recorrido de los excitones-polarones acústicos en el Re6Se8Cl2. Encontraron que estos podían moverse el doble de rápido que los electrones del silicio y recorrer varias micras en menos de un nanosegundo. Además, estimaron que podrían cubrir más de 25 micrómetros a la vez, lo que implica una velocidad de transporte de energía muy alta. Según los autores del estudio, los dispositivos teóricos basados en este material podrían alcanzar velocidades de femtosegundos, seis órdenes de magnitud más rápidas que la electrónica actual.
Milan Delor, profesor de química en la Universidad de Columbia y coautor de la investigación, describió al Re6Se8Cl2 como “el mejor semiconductor” en términos de transporte de energía conocido hasta ahora. Sin embargo, reconoció que su viabilidad comercial es limitada debido a la rareza del elemento renio en su composición, que lo hace extremadamente costoso. Delor también mencionó que este descubrimiento podría ayudar a identificar otros materiales con un comportamiento similar y que existen otras familias de materiales súper atómicos y semiconductores 2D con propiedades propicias para la formación de polarones acústicos.
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