Los diodos permiten flujos dirigidos de corriente. Sin ellos, la electrónica moderna sería inconcebible. Hasta ahora, debían estar hechos de dos materiales con características diferentes. Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha descubierto ahora un material que permite crear un diodo con un simple cambio de temperatura.

La fabricación de un diodo generalmente implica combinar dos materiales semiconductores con diferentes propiedades. En la mayoría de los casos, se trata de formas modificadas de silicio a las que se añaden diferentes elementos para crear las características deseadas. Este proceso se conoce como dopaje.

El dopaje con fósforo, arsénico o antimonio, que agrega electrones libres al material, se denomina dopaje de tipo n. La n se refiere a los electrones cargados negativamente. El boro, el aluminio y el galio, por el contrario, unen electrones del silicio, lo que da como resultado huecos cargados positivamente. El material está dopado con p. La combinación de los dos materiales produce un diodo que permite que la corriente fluya solo en una dirección.

La temperatura cambia las características del material.

« Hemos encontrado un material que podemos hacer que sea conductor n o conductor p simplemente cambiando la temperatura », dice Tom Nilges, profesor de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores en TUM. Los investigadores han podido demostrar que un cambio de temperatura de solo unos pocos grados es suficiente para lograr este efecto, y que se puede crear un diodo funcional con un gradiente de temperatura dentro del material.

« Cuando el material está a temperatura ambiente, tenemos un conductor p completamente normal. Si luego aplicamos un gradiente de temperatura, podemos generar simultáneamente un conductor n en las áreas calentadas », explica el profesor Nilges. Un aspecto importante para las aplicaciones: el efecto funciona en rangos de temperatura ambiente. « Para generar un diodo, basta con un aumento de la temperatura local de unos pocos grados, en nuestro caso, de 22 a 35 °C ».

Para Nilges, la eliminación de la necesidad de dopaje no es la única ventaja: « Cada diodo que se produce siempre está ahí. Con nuestro material no es así: con el gradiente de temperatura, el diodo también desaparece. Si se vuelve a necesitar, es suficiente para crear un gradiente de temperatura. Si pensamos en el rango de aplicaciones de los diodos, por ejemplo en células solares o en todo tipo de componentes electrónicos, el potencial de esta invención se hace evidente ».

Composición compleja

La búsqueda del material perfecto implicó 12 años de trabajo, que ahora ha culminado con el descubrimiento por parte del equipo del haluro de calcogenuro metálico acuñado Ag18Cu3Te11Cl3. Se compone de los elementos plata, cobre, telurio y cloro. Los investigadores encontraron esta clase de compuestos cuando exploraban materiales termoeléctricos, que generan electricidad a partir del calor. Un material que estudiaron mostró el efecto de cambio de pn. Sin embargo, esto se observó solo en el rango de temperatura de alrededor de 100°C, lo cual no es adecuado para aplicaciones prácticas.

Después de un extenso análisis y experimentación, en Ag18Cu3Te11Cl3 los investigadores descubrieron un material que muestra el efecto deseado y también es adecuado para aplicaciones a temperaturas normales. “Otros grupos de investigación también han descubierto este efecto de cambio en varios materiales, pero hasta ahora nadie ha logrado convertirlo en una aplicación específica”, explica Nilges.

Como próximo paso, los investigadores planean demostrar que su material se puede usar para crear transistores a través de cambios de temperatura.