Unos investigadores de Alemania han logrado convertir un elemento semiconductor en desuso, el germanio, en material superconductor. Su trabajo, que se expone en la revista Physical Review Letters, tendrá consecuencias en la nanoelectrónica y en el desarrollo de nuevos ordenadores.
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La investigación recibió fondos del proyecto EuroMagNET («Un enfoque coordinado del acceso, desarrollo experimental y aprovechamiento científico de grandes infraestructuras europeas para los campos magnéticos de alta intensidad»), que a su vez recibió una financiación de 3,68 millones de euros mediante el área temática «Infraestructuras» del Sexto Programa Marco (6PM).
Los semiconductores transportan corriente eléctrica y se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos como transistores de radio, chips informáticos y placas solares. La superconductividad, que se observó por primera vez en 1911, es un fenómeno de la mecánica cuántica que se refiere a la capacidad de un material de dejar pasar la corriente a velocidad extrema, sin oponer resistencia eléctrica. Esto suele ocurrir a temperaturas muy bajas (apenas por encima de -273 grados centígrados, o 0 Kelvin) o a una presión muy alta.
Los investigadores buscaban un elemento que presentara propiedades electrónicas predecibles y fiables. Tenía que ser puro desde el punto de vista químico y tener una estructura cristalina perfecta, dado que las impurezas y los fallos, por pequeña que sea su magnitud, pueden repercutir enormemente en la conductividad de un material. Por esta razón en la actualidad se utilizan métodos especiales para producir y depurar el cristal.
El silicio y el germanio son semiconductores puros, es decir, elementos que pueden transformarse en materiales conductores tras añadir átomos ajenos a su estructura cristalina. Este proceso se denomina «dopar». En la investigación referida anteriormente, llevada a cabo en el Centro de Investigación de Dresde-Rossendorf (FZD, Alemania), se doparon muestras de germanio con alrededor de seis átomos de galio por cada cien átomos de germanio. Se escogió el galio por ser más soluble en el germanio que el boro (que se ha utilizado con el silicio en estudios anteriores).
El resultado fue una lámina superconductora de germanio «dopado» de alrededor de 60 nanómetros de grosor. A continuación se realizaron otros experimentos en los que se corroboró la posibilidad de reproducir la superconductividad del germanio y de elevar la temperatura a la que dicho elemento comienza a ser superconductor.
Sin embargo, el proceso de dopado daña la estructura reticular del cristal del germanio. Por lo tanto, para sacarle partido es necesario repararla. Para tal fin, los investigadores emplearon el procedimiento de recocido con lámpara de destello, que permite reparar el retículo de cristal destruido al calentar con rapidez la superficie de la muestra sin alterar la distribución de los átomos dopantes.
El material resultante presenta un gran potencial, sobre todo porque alcanza el estado de superconducción a temperaturas por encima del cero absoluto: concretamente, las muestras de germanio dopadas con galio se volvieron superconductoras a alrededor de 0,5 grados kelvin. Los investigadores se muestran optimistas y consideran que esta temperatura podrá aumentarse en futuros experimentos en los que se perfeccionarán los procesos de implantación de iones y recocido.
Estos resultados resultan sorprendentes, puesto que el germanio hasta ahora no se consideraba un material tan prometedor como el silicio o el diamante. Si bien se empleó en la primera generación de transistores, el silicio pronto ocupó su lugar. El renovado interés en el germanio se debe en gran medida a la miniaturización de transistores y microchips: en la fabricación de transistores se requieren capas extremadamente finas de óxido, y el óxido de silicio no responde bien a una escala tan reducida. Por otro lado, el uso del germanio en los chips informáticos permite alcanzar mayores velocidades de procesamiento y deja margen para que se pueda continuar con la tendencia a la miniaturización de los dispositivos de micro y nanoelectrónica.
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