Los resultados indican un transporte eléctrico principalmente por la superficie del material, lo que, sumado a su estabilidad y estructura simple, lo hacen un candidato prometedor para aplicaciones nanoelectrónicas y optoelectrónicas
El antimoneno —una lámina de espesor atómico formada por átomos de antimonio—es una de las últimas incorporaciones a la familia de materiales bidimensionales formados por un solo elemento. Desde su aislamiento en 2016 en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), numerosos trabajos internacionales han descrito sus notables propiedades optoelectrónicas, energéticas y biomédicas.
Por sus particulares características, sumadas a su gran estabilidad en condiciones ambientales, el antimoneno atrajo el interés de la comunidad científica, aún cuando todavía no se habían presentado resultados experimentales de sus propiedades eléctricas.
Ahora, un equipo internacional, liderado por investigadores de la UAM, ha publicado en Applied Materials Today una combinación de resultados experimentales y teóricos que evidencian las exóticas propiedades eléctricas del antimoneno.
En particular, los investigadores caracterizaron las propiedades electrónicas de láminas de antimoneno de pocas capas. Así observaron que estas propiedades son prácticamente independientes del espesor de las láminas, y que el transporte eléctrico tiene lugar principalmente por la superficie del material.
En electrónica, la movilidad es la propiedad que caracteriza la rapidez con la que un portador de carga puede moverse a través de un material cuando es atraído por un campo eléctrico. Como parte de sus resultados, los investigadores determinaron una movilidad para el antimoneno que, en combinación con su estabilidad y estructura simple de pocas capas, lo convierten en un candidato prometedor para numerosas aplicaciones nanoelectrónicas y optoelectrónicas.
Estos resultados se lograron en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), el sincrotrón ALBA de Barcelona, y las universidades de Aarhus (Dinamarca), Guilan (Irán), Federal de Río de Janeiro y Federal del Espíritu Santo (Brasil).
Estados superficiales topológicos
De acuerdo con sus autores, los resultados indican la relevancia de los estados superficiales topológicamente protegidos en el antimoneno de pocas capas.
En dichos estados, las propiedades electrónicas del material aparecen en su superficie y son prácticamente inmunes al desorden, haciendo que la conducción electrónica tenga lugar principalmente por la superficie del material y no por su interior.
Actualmente la física de los estados superficiales topológicos despierta mucho interés, lo cual se debe, entre otros, a las posibilidades que ofrecen para la computación cuántica resistente a fallos, o como canales conductores con disipación reducida.
Sin embargo, el estudio de estos estados no es sencillo, ya que la proporción entre la conducción superficial y la del resto del material es habitualmente baja, y típicamente se han observado en materiales compuestos difíciles de fabricar de forma reproducible.
El antimoneno de pocas capas tiene una estructura y composición sencillas, lo cual, combinado con el resto de sus propiedades (incluyendo robustez a las condiciones ambiente y propiedades optoelectrónicas y energéticas), lo convierten en un candidato muy interesante para el estudio de física de estados superficiales topológicos.
Caracterizando el antimoneno
Para el estudio de las propiedades eléctricas de antimoneno de pocas capas el equipo de investigadores utilizó una combinación de distintas técnicas. Las láminas de antimoneno de pocas capas las obtuvieron mediante exfoliación mecánica, usando el método de la cinta adhesiva para separar las láminas del material y depositarlas en sustratos de silicio y óxido de silicio.
Una vez ahí, las láminas se visualizaron y caracterizaron morfológicamente mediante microscopía óptica, así como con un Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM), instrumento en el que se usa una punta de tamaño nanométrico para detectar el relieve de una superficie a través de las fuerzas atómicas entre la punta y la superficie (de forma similar a como una persona ciega lee braille con sus dedos).
Para estudiar las propiedades de transporte del antimoneno, los investigadores utilizaron una técnica propia desarrollada anteriormente, basada en usar la punta de un AFM para fabricar circuitos mediante la manipulación y el ensamblado de nanohilos de oro.
En cuanto a las propiedades electrónicas, estas fueron estudiadas por los investigadores en el sincrotrón ALBA, utilizando para ello microscopía electrónica de baja energía y de fotoemisión (LEEM/PEEM), en combinación con espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPEEM).
Los resultados experimentales fueron complementados con cálculos teóricos de la estructura de bandas electrónica del material, mediante teoría del funcional de la densidad (DFT) y cálculos de conductividad utilizando el formalismo Kubo.
Referencia bibliográfica:
Ares, P., Pakdel, S., Palacio, I., Paz, W.S., Rassekh, M., Rodríguez-San Miguel, D., Aballe, L., Foerster, M., Ruiz del Árbol, N., Martín-Gago, J.A., Zamora, F., Gómez-Herrero, J., Palacios, J.J. 2021. Few-layer antimonene electrical properties. Applied Materials Today 24, 101132.
