Fuente:
Francis (th)E mule
La óptica de transformación está de moda. Tras la acústica de transformación, ahora nos proponen la
electrónica de transformación.
Te recuerdo, la óptica de transformación se basa en los metamateriales
que permiten controlar las propiedades efectivas del índice de
refracción, susceptibilidad eléctrica y permeabilidad magnética del
material gracias a un diseño adecuado de su microestructura. En la
electrónica de transformación la idea es controlar la masa efectiva de
los electrones y huecos que se propagan en el material utilizando un
diseño similar. En lugar de usar un metamaterial se utiliza una superred
(
superlattice) semiconductora en la que la masa efectiva de
los portadores de carga presentan una fuerte anisotropía. La óptica de
transformación permite el desarrollo de materiales muy exóticos como
superlentes o capas de invisibilidad. En la electrónica de
transformación nos proponen la fabricación de materiales en los que los
electrones se comportan de forma efectiva como partículas sin masa,
cuando se mueven en ciertas direcciones, lo que permitirá desarrollar
dispositivos ultrarrápidos (no limitados por la mobilidad de los
electrones y huecos), con alta conductividad (que a baja temperatura es
independiente de la temperatura) y con una respuesta no lineal fuerte.
Todas estas propiedades los hacen fascinantes a la hora de desarrollar
multitud de nuevos dispositivos para aplicaciones prácticas con las que
ahora solo podemos soñar. Obviamente, la electrónica de transformación
aún es solo una propuesta teórica, no demostrada mediante experimentos.
Nos lo cuentan Mario G. Silveirinha, Nader Engheta, “Transformation
Electronics: Tailoring Electron’s Effective Mass,”
arXiv:1205.6325, 2012.
Las superredes (
superlattices) son dispositivos
semiconductores formados por capas alternas de diferentes materiales a
modo de sándwich que fueron introducidas en 1969 por Esaki y Tsu. Cuando
la anchura de las capas es de solo unos pocos átomos, los efectos
cuánticos permiten fenómenos tan curiosos como la aparición de
conductividades negativas. Hay muchísimas aplicaciones para estos
materiales, por ejemplo, los láseres semiconductores de tu grabadora de
DVD son heteroestructuras (superredes con pocas capas). Sin embargo,
hasta ahora no se había propuesto la idea de la “eletrónica de
transformación” en analogía con la óptica de transformación. En este
paradigma los paquetes de onda de los electrones están restringidos a
moverse a lo largo de ciertos caminos; gracias a ellos se pueden
controlar la masa efectiva de los electrones, que resulta ser
fuertemente anisótropa.
La masa efectiva en un semiconductor controla la inercia del electrón
ante estímulos externos, es decir, su mobilidad y con ella la velocidad
máxima que se puede alcanzar en un circuito electrónico. En una
superred anisótropa la energía de los electrones depende de forma
diferente de cada una de las componentes del vector de onda, es decir,
la relación de dispersión toma la forma E(kx,ky,kz). Cuando esta
relación solo depende de kz y no depende de kx y ky, los electrones se
mueven en exclusiva a lo largo de la dirección z, lo que equivale a que
su masa efectiva en las direcciones x e y es infinita (o muy grande) y
en la dirección z es cero (o muy pequeña). Para lograr una relación de
dispersión de este tipo hay que utilizar el equivalente electrónico a
los metamateriales ópticos. Para ello se combinan materiales en los que
la masa de los electrones es positiva (ENG) con otros en los que es
negativa (MNG), como el telururo de mercurio (HgTe) o el telururo de
mercurio-cadmio (HgCdTe) que tienen una estructura de bandas invertida
(responsable de que la masa efectiva de electrones y huecos sea
negativa). Combinando capas de estos materiales con otras de
semiconductores convencionales se logra que los electrones adquieran una
masa efectiva que depende del diseño de la superred.
En resumen, una propuesta teórica muy sugerente que queda a la espera
de su demostración práctica gracias a los físicos experimentales que
superen las dificultades tecnológicas asociadas a combinar materiales
ENG y MNG en una superred. No parece difícil.
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