Un equipo de investigadores del Instituto de Física del Estado Sólido, adscrito a la Academia China de Ciencias, junto con la Universidad de Jiaotong del Suroeste, ha realizado un estudio que arroja luz sobre el comportamiento de las transiciones de fase del óxido de hafnio (HfO2) bajo alta presión. Este trabajo, publicado en la revista Physical Review B, combina experimentos de transporte eléctrico a alta presión, espectroscopia Raman y cálculos de primeros principios para ofrecer una visión más clara de las propiedades eléctricas y estructurales de este material.
La investigación aborda las controversias existentes en torno a las transiciones de fase del HfO2 en condiciones de baja presión, un tema que ha generado discrepancias en estudios previos, especialmente entre los hallazgos obtenidos mediante espectroscopia Raman y difracción de rayos X. La investigadora Pan Xiaomei, miembro del equipo, destaca que este estudio resuelve estas discrepancias y proporciona una base más sólida para comprender el material.
Características y Comportamiento del HfO2
El óxido de hafnio es un material ferroelectrico prometedor, compatible con la tecnología de semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS), lo que abre la puerta a aplicaciones en dispositivos de memoria y de bajo consumo energético. Aunque bajo condiciones normales no presenta ferroelectricidad, la aplicación de tensión o la dopación pueden inducir una fase ortorrómbica no centrada, provocando un comportamiento ferroelectricidad. Esto subraya la relación intrínseca entre la estructura del material y sus propiedades eléctricas.
En su estudio, los investigadores utilizaron un sistema de celda de yunque de diamante para llevar a cabo experimentos de transporte eléctrico y espectroscopia Raman a alta presión. Este enfoque permitió monitorear in situ los cambios de presión mediante fluorescencia de rubí. Los resultados indicaron que el HfO2 experimenta una transición de fase clara desde la fase monoclínica a una fase ortorrómbica-I alrededor de 3.5 ± 0.5 GPa, seguida de una segunda transición a una fase ortorrómbica-II a aproximadamente 15.2 ± 0.6 GPa. Además, el dopaje con un 5% de itrio disminuyó las presiones de transición, lo que sugiere que la dopación tiene un papel crucial en la modificación de la estructura.
Este estudio no solo contribuye a una comprensión más profunda de la relación entre la estructura y las propiedades eléctricas del HfO2, sino que también abre nuevas avenidas para la investigación y desarrollo de materiales avanzados en el campo de la tecnología electrónica.
