Físicos rosarinos descubren cómo reducir el tamaño de dispositivos tecnológicos

Investigadores del Instituto de Física Rosario (IFIR) dependiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y de la Universidad Nacional de Rosario (UNR) descubrieron  un nuevo ordenamiento de los materiales ferroeléctricos en la nano-escala relevante para el campo de la nanoelectrónica.

Aprovechando estos avances científicos se podrá reducir considerablemente el tamaño de los dispositivos tecnológicos, dando un paso importante a lo largo del camino hacia el desarrollo de nano sensores ferroeléctricos y de fuentes útiles de energía para dispositivos a nano- escala.

Los Doctores en Física, Marcelo Stachiotti y Marcelo Sepliarsky son miembros del Grupo de investigación de “Materia Condensada” del IFIR, ambos investigadores de CONICET y Docentes de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la UNR.

 
“Nuestro proyecto de investigación involucra el estudio de nuevos materiales utilizando simulaciones computacionales que se basan en métodos mecánico-cuánticos, en particular en este trabajo se investigó el  comportamiento de materiales ferroeléctricos en la nanoescala”,  explicó Sepliarsky. 

La Investigación

Un material ferroeléctrico se puede explicar de manera sencilla como el análogo eléctrico de un imán. Es decir, un material que posee una polarización espontánea como consecuencia del alineamiento de dipolos eléctricos en una dirección.

Los científicos pudieron comprobar que es posible estabilizar un estado ferroeléctrico en nanopartículas con tamaños inferiores a los 10 nm, siendo el factor clave para la estabilización de este estado la relación entre el ancho y el alto de la partícula.  “Hemos descubierto que la ferroelectricidad en la nanoescala se genera a partir de un ordenamiento geométrico novedoso” indicó  Stachiotti,  “el mismo involucra el alineamiento de vórtices de polarización formando una especie de doughnut (rosquilla), la cual concentra la región ferroeléctrica  en su centro. A esta característica la bautizamos ferroelectricidad toroidal”.  

En lo que respecta a sus características, en estos materiales existía una dificultad intrínseca para ser utilizados en el desarrollo de dispositivos electrónicos con componentes de tamaño nanométrico. En este sentido y previo a este descubrimiento ciertos estudios indicaban que la ferroelectricidad se destruía cuando las dimensiones del material se reducen al nivel de la nano escala.

“La propiedad de invertir el sentido de la polarización de un ferroeléctrico entre dos estados estables constituye la base de una nueva tecnología para el desarrollo de memorias no volátiles para codificación binaria, la cual se utiliza en smard cards (tarjetas inteligentes) y en memorias de alta densidad para la computación aeroespacial, pues presentan además alta resistencia a la radiación”,  explicó Stachiotti.

Otra característica muy importante de estos materiales ferroeléctricos, según una pormenorizada explicación brindada por los investigadores,  es que responden a estímulos mecánicos o térmicos con variaciones a nivel de su estructura cristalina, pudiéndose obtener como respuesta  una corriente eléctrica. Por esta razón estos materiales son utilizados en el diseño de múltiples dispositivos, algunos de los cuales nos rodean en nuestra vida cotidiana: celulares, ecógrafos, radares, sonares, sensores infrarrojo para alarmas, equipos de visión nocturna, etc. Son  utilizados también en la industria automotriz en los inyectores de combustible de los motores, y en los múltiples sensores que poseen los autos modernos.

“En la actualidad se investiga la posibilidad de utilizar estos materiales para la generación biomecánica de energía eléctrica, lo que permitirá por ejemplo cargar la batería de  nuestro teléfono móvil o reproductor portátil mientras caminamos, corremos o bailamos, produciéndose de esta manera un ahorro de energía considerable” finalizó Sepliarsky.

El proyecto se desarrolla en la ciudad de Rosario utilizando un equipo computacional de alta performance ubicado en las instalaciones del Centro Científico Tecnológico de CONICET Rosario.

 
Este descubrimiento goza de reconocimiento internacional y fue seleccionado como artículo destacado y de interés interdisciplinario por los editores del “Physical  Review Letters”, una de las revistas científicas más prestigiosas en el campo de la Ciencias Físicas.

Nota: gentileza Noelia Grecco