ICN2 Oxide Nanoelectronics Group ha ottenuto valori di conducibilità per iridato di stronzio 250 volte superiori a quelli in condizioni normali premendolo con aghi nanometrici. I risultati, pubblicato in Nanoscala , sono stati ottenuti tramite un microscopio a forza atomica (AFM) che mostra che il materiale potrebbe diventare un buon candidato per future applicazioni nei sensori e nell'elettronica.
I ricercatori dell'Istituto catalano di nanoscienze e nanotecnologie (ICN2) hanno misurato, a temperatura ambiente, i più alti valori di piezoresistività mai rilevati in un materiale elettroceramico, superando i registri per materiali come i nanofili di silicio o il grafene. Inoltre, è stato misurato con una tecnica semplice che evita l'uso di complesse apparecchiature per il controllo della pressione. La ricerca è stata condotta da Oxide Nanoelectronics Group, guidato dal Prof ICREA Gustau Catalan. Il dottor Neus Domingo è il primo firmatario dell'articolo pubblicato su Nanoscala e il suo contributo è stato fondamentale per lo sviluppo della ricerca.
La piezoresistività si verifica quando alcuni materiali cambiano la loro conduttività elettrica quando viene applicata una pressione deformante. Ciò è dovuto al fatto che i materiali isolanti e semiconduttori hanno caratteristiche elettriche molto particolari che si traducono in bande con proprietà diverse:la banda di valenza, dove gli elettroni sono "parcheggiati", e la banda di conduzione, dove scorre la corrente elettrica. Queste bande sono separate da un gap energetico; quando il divario è sottile, il numero di elettroni nella banda di conduzione è maggiore e, di conseguenza, anche la conducibilità elettrica è maggiore.
Quando viene applicata pressione su alcuni materiali semiconduttori, si modifica il band gap che separa la banda di conduzione da quella di valenza. Ciò consente agli elettroni di saltare alla banda di conduzione, diminuendo di conseguenza la resistenza elettrica del materiale. In altre parole, quando il materiale viene pressato, c'è una migliore conduzione elettrica. Questo fatto porta ad una vasta gamma di possibili applicazioni, dai sensori di pressione ai transistor microelettronici dove la corrente è controllata dalla pressione invece che dalla tensione.
Un ago nanoscopico per studiare le alte pressioni
Presso i laboratori ICN2, Il gruppo del Prof. Catalan ha misurato una piezoresistività gigante in un materiale ceramico, iridato di stronzio (Sr 2 IrO 4 ). Le misure sono state effettuate con un microscopio a forza atomica (AFM), un dispositivo che utilizza aghi affilati nanoscopicamente che premono il materiale e allo stesso tempo ne quantificano la conduttività. Questo è un modo nuovo e fantasioso di utilizzare questa attrezzatura, perché è la prima volta che l'ago AFM viene utilizzato per misurare la piezoresistività di un materiale.
L'ago AFM è così piccolo che una forza minuscola si traduce in un valore di alta pressione. Meno di 1 mg di forza (circa il peso di una formica) applicata su un ago nanoscopico viene convertita in un valore di pressione di oltre 100 tonnellate (il peso di 20 elefanti) per centimetro quadrato. Infatti, la pressione è così alta (fino a 10 GPa) che è stato necessario utilizzare punte diamantate per evitare che l'ago si schiacciasse.
Con questo livello di pressione, i ricercatori hanno ottenuto valori di conducibilità per Sr 2 IrO 4 250 volte superiore rispetto alle condizioni normali. Sorprendentemente, nonostante l'applicazione di deformazioni oltre 500 volte, il campione non ha subito alcun danno. Inoltre, la piezoresistività è stata misurata a temperatura ambiente. In conclusione, questo semiconduttore potrebbe essere un buon candidato per future applicazioni nei sensori, nuovi tipi di transistor e altri dispositivi elettronici specializzati. Però, l'iridio è un elemento scarso sul nostro pianeta, quindi gli scienziati sono alla ricerca di materiali alternativi.
