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Dos investigadores del Instituto de Física Rosario (IFIR) descubrieron un nuevo ordenamiento de los materiales ferroeléctricos que posibilitará guardar mayor cantidad de datos en dimensiones miles de veces más pequeñas. El trabajo logró reconocimiento internacional y podrá ser aplicado a múltiples dispositivos que se usan en forma cotidiana.

Investigadores del Instituto de Física Rosario (IFIR) dependiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) y de la Universidad Nacional de Rosario (UNR) descubrieron un nuevo ordenamiento de los materiales ferroeléctricos en la nano-escala relevante para el campo de la nanoelectrónica. En base a este avance científico, se podrá reducir considerablemente el tamaño de los dispositivos tecnológicos, dando un paso importante a lo largo del camino hacia el desarrollo de nano sensores ferroeléctricos y de fuentes útiles de energía para dispositivos a nano- escala.

“Se trata de un avance susceptible de ser aplicado a memorias de alta densidad utilizadas en celulares, ecógrafos, radares y sonares, en la industria automotriz, en los inyectores de combustible de los motores y en los múltiples sensores que poseen los autos modernos”, explicó a Rosario3.com uno de los autores de la investigación, Marcelo Stachiotti, quien junto a Marcelo Sepliarsky, dio a luz el flamante descubrimiento, tras un año de intenso trabajo.

“Nosotros creamos el diseño que ya fue presentado y cuenta con reconocimiento internacional, fue seleccionado como artículo destacado y de interés interdisciplinario por los editores del Physical Review Letters, una de las revistas científicas más prestigiosas en el campo de la Ciencias Físicas”, señaló Stachiotti y agregó que ahora vendrá la etapa de buscar “laboratorios capaces de desarrollar el dispositivo”.

“En la actualidad, también se investiga la posibilidad de utilizar estos materiales para la generación biomecánica de energía eléctrica, lo que permitirá, por ejemplo, cargar la batería de nuestro teléfono móvil o reproductor portátil mientras caminamos, corremos o bailamos, produciéndose de esta manera un ahorro de energía considerable” señaló Sepliarsky.

Los Doctores en Física, Marcelo Stachiotti y Marcelo Sepliarsky son miembros del Grupo de investigación de “Materia Condensada” del IFIR, investigadores de Conicet y docentes de la facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la UNR.

La descripción del proyecto

“Nuestro proyecto involucra el estudio de nuevos materiales utilizando simulaciones computacionales que se basan en métodos mecánico-cuánticos. En este trabajo se investigó el comportamiento de materiales ferroeléctricos en la nanoescala”, explicó Sepliarsky. “El proyecto se desarrolló en la ciudad de Rosario con un equipo computacional de alta performance ubicado en las instalaciones del Centro Científico Tecnológico de Conicet Rosario”.

Los científicos pudieron comprobar que “es posible estabilizar un estado ferroeléctrico en nanopartículas con tamaños inferiores a los 10 nm, siendo el factor clave para la estabilización de este estado la relación entre el ancho y el alto de la partícula”.

“Hemos descubierto que la ferroelectricidad en la nanoescala se genera a partir de un ordenamiento geométrico novedoso que involucra el alineamiento de vórtices de polarización formando una especie de doughnut (rosquilla), que concentra en su centro la región ferroeléctrica. A esta característica la bautizamos ferroelectricidad toroidal”, preciso Stachiotti.

“Un material ferroeléctrico se puede explicar de manera sencilla como el análogo eléctrico de un imán. Es decir, un material que posee una polarización espontánea como consecuencia del alineamiento de dipolos eléctricos en una dirección”, detalla la descripción del proyecto.

“En lo que respecta a sus características, en estos materiales existía una dificultad intrínseca para ser utilizados en el desarrollo de dispositivos electrónicos con componentes de tamaño nanométrico –continúa la explicación– y en ese sentido, previo a este descubrimiento, ciertos estudios indicaban que la ferroelectricidad se destruía cuando las dimensiones del material se reducen al nivel de la nano escala”.

“La propiedad de invertir el sentido de la polarización de un ferroeléctrico entre dos estados estables constituye la base de una nueva tecnología para el desarrollo de memorias no volátiles para codificación binaria, la cual se utiliza en smard cards (tarjetas inteligentes) y en memorias de alta densidad para la computación aeroespacial, pues presentan además alta resistencia a la radiación”, explicó Stachiotti.
Otra característica muy importante de estos materiales ferroeléctricos, según una pormenorizada explicación brindada por los investigadores, es que “responden a estímulos mecánicos o térmicos con variaciones a nivel de su estructura cristalina, pudiéndose obtener como respuesta una corriente eléctrica”.

Reconocimiento de la Comunidad Científica

El reporte de uno de los referees encargados de evaluar el trabajo para el Physical Review Letters afirma que “este trabajo abre un nuevo paradigma en la teoría de las nanoestructuras ferroeléctricas y los resultados son importantes no sólo para el desarrollo de la nanofísica sino también para la innovación en tecnología moderna, posibilitando el aumento de la capacidad de los dispositivos de memoria en miles de veces”.

La investigación ha sido seleccionada, además, como charla invitada en la próxima conferencia internacional “EMF 2011 European Meeting on Ferroelectricity” que se desarrollará a fines de Junio en Bordeaux, Francia.