En la búsqueda de nuevas formas de extender la electrónica más allá del uso de silicio, los físicos están experimentando con otras propiedades de los electrones, más allá de la carga. En un trabajo publicado hoy 7 de diciembre en la revista ciencia , un equipo dirigido por el profesor de física de Penn State, Jun Zhu, describe una forma de manipular electrones en función de su energía en relación con el impulso, llamado "grado de libertad del valle".
"Imagina que estás en un mundo donde los electrones son de color rojo o azul", dijo Zhu, "y las carreteras en las que viajan los electrones también son de color rojo o azul. Los electrones solo pueden viajar en carreteras del mismo color, para que un electrón azul tenga que convertirse en un electrón rojo para viajar en el camino rojo "
Hace dos años, el equipo de Zhu demostró que podían construir carreteras bidireccionales codificadas por colores en un material llamado grafeno bicapa. Debido a su codificación por colores, estas carreteras son topológicas. En el estudio actual, los investigadores hicieron cuatrointersección de caminos donde la codificación de color de las carreteras se cambia al otro lado, por lo tanto, tiene una situación en la que un automóvil azul que viaja hacia el norte llega a esta intersección y descubre que en el otro lado de la intersección las carreteras hacia el norte son de color rojo.Si el electrón no puede cambiar de color, está prohibido viajar hacia adelante.
Estas carreteras son en realidad guías de ondas electrónicas creadas por puertas definidas con extrema precisión utilizando la litografía de haz de electrones de última generación. Los colores son en realidad el índice de valle de los automóviles, y la codificación de color de las carreteras está controlada portopología de las guías de onda, análoga a las reglas de conducción izquierda y derecha de diferentes países. Cambiar el color de los automóviles requiere "dispersión entre valles", que se minimiza en el experimento para permitir que funcione el control del tráfico.
"Lo que hemos logrado aquí es una válvula de valle topológica, que utiliza un nuevo mecanismo para controlar el flujo de electrones", dijo Zhu. "Esto es parte de un campo emergente de electrónica llamado valleytronics. En nuestro experimento, controlar la topología -el bloqueo valle-impulso de los electrones es lo que lo hizo funcionar "
En el estudio, los investigadores preguntaron a dónde iría el automóvil azul metafórico si no podía viajar hacia adelante
"Tendrá que girar hacia la izquierda o hacia la derecha", dijo el autor principal Jing Li, ex estudiante de doctorado de Zhu, ahora becario postdoctoral del director en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.
"Tenemos formas adicionales de controlar el tráfico que gira: moviendo el carril cada vez más cerca de un giro a la derecha o a la izquierda, el porcentaje de electrones / automóviles que giran a la derecha o a la izquierda puede ajustarse sin problemas para que sea del 60 por ciento en un sentido, 40 por cientoel otro, o cualquier otra combinación de porcentajes "
Esta partición controlada se llama "divisor de haz", que es común para la luz, pero no se logra fácilmente con electrones. Zhu y Li dijeron que están entusiasmados con este control que han logrado para sus carreteras codificadas por colores, ya que permite más avanzadoexperimentos en el camino.
"La creación del dispositivo requiere muchos pasos y una litografía de haz electrónico bastante complicada", dijo Li. "Afortunadamente, la instalación de nanofabricación de vanguardia de Penn State, así como un equipo de personal de apoyo profesional nos permitió hacer todoesta."
El próximo desafío para el equipo de Zhu será tratar de construir sus dispositivos para que funcionen a temperatura ambiente en lugar de a las temperaturas muy bajas que necesitan actualmente. Es factible, cree Zhu, pero desafiante.
"El enfoque que tomamos para hacer este dispositivo es escalable", dijo Zhu. "Si el grafeno bicapa de gran superficie y el nitruro de boro hexagonal están disponibles, potencialmente podemos hacer una ciudad de caminos topológicos y transportar electrones a los lugares a los que deben ir"., todo sin resistencia. Eso sería genial "
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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