Cuando el mineralogista alemán Gustav Rose se paró en las laderas de los montes Urales de Rusia en 1839 y recogió una pieza de un mineral previamente no descubierto, nunca había oído hablar de transistores o diodos ni tenía idea de cómo la electrónica convencional se convertiría en una parte integral denuestra vida cotidiana. No podía haber anticipado que la roca que sostenía en su mano, que llamó "perovskita", podría ser la clave para revolucionar la electrónica tal como la conocemos.
En 2017, el físico de la Universidad de Utah, Valy Vardeny, calificó a la perovskita como un "material milagroso" para un campo emergente de la electrónica de próxima generación, llamada spintronics, y está de acuerdo con esa afirmación. En un artículo publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , Vardeny, junto con Jingying Wang, Dali Sun ahora en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y sus colegas presentan dos dispositivos construidos con perovskita para demostrar el potencial del material en los sistemas espintrónicos. Sus propiedades, dice Vardeny, traen el sueño de un transistor espintrónicoun paso más cerca de la realidad
espintrónica
Un sistema electrónico digital convencional transmite una señal binaria piense 1s y 0s a través de pulsos de electrones transportados a través de un cable conductor. La espintrónica puede transmitir información adicional a través de otra característica de los electrones, su dirección de giro pensar hacia arriba o hacia abajo.relacionado con el magnetismo. Por lo tanto, la espintrónica usa el magnetismo para alinear los electrones de un cierto giro, o "inyectar" un giro en un sistema.
Si alguna vez has hecho el antiguo experimento científico de convertir una uña en un imán arrastrando repetidamente un imán a lo largo de su longitud, entonces ya has incursionado en la espintrónica. El imán transfiere información a la uña. El truco es entonces transportary manipulando esa información, que requiere dispositivos y materiales con propiedades finamente sintonizadas. Los investigadores están trabajando para alcanzar el hito de un transistor de espín, una versión espintrónica de los componentes electrónicos que se encuentran en prácticamente toda la electrónica moderna. Dicho dispositivo requiere un material semiconductor en el queEl campo magnético puede manipular fácilmente la dirección del giro de los electrones, una propiedad llamada acoplamiento giro-órbita. No es fácil construir tal transistor, dice Wang. "Seguimos buscando nuevos materiales para ver si son más adecuados para esto".propósito."
Aquí es donde entran en juego las perovskitas.
perovskitas
Las perovskitas son una clase de minerales con una estructura atómica particular. Su valor como material tecnológico solo se ha hecho evidente en los últimos 10 años. Debido a esa estructura atómica, los investigadores han desarrollado perovskita en un material para fabricar paneles solares.2018 habían logrado una eficiencia de hasta el 23 por ciento de la energía solar convertida en energía eléctrica, un gran paso desde el 3,8 por ciento en 2009.
Mientras tanto, Vardeny y sus colegas estaban explorando las posibilidades de la espintrónica y los diversos materiales que podrían resultar efectivos en la transmisión del espín. Debido a los átomos de plomo pesado en la perovskita, los físicos predijeron que el mineral podría poseer un fuerte acoplamiento de espín-órbita.En un artículo de 2017, la profesora asistente de física y Vardeny Sarah Li demostró que una clase de perovskitas llamadas perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas en realidad poseen un gran acoplamiento espín-órbita. Además, la vida útil del espín inyectado en los materiales híbridos duró un tiempo relativamente largo.Los resultados sugirieron que este tipo de perovskita híbrida era prometedora como material espintrónico.
dos dispositivos espintrónicos
El siguiente paso, que Vardeny y Wang lograron en su trabajo reciente, fue incorporar perovskita híbrida en dispositivos espintrónicos. El primer dispositivo es un diodo emisor de luz espintrónico, o LED. El semiconductor en un LED tradicional contiene electrones y agujeros -- lugares en los átomos donde los electrones deberían estar, pero no lo están. Cuando los electrones fluyen a través del diodo, llenan los agujeros y emiten luz.
Wang dice que un LED espintrónico funciona de la misma manera, pero con un electrodo magnético y con agujeros de electrones polarizados para acomodar los electrones de un cierto giro. El LED se iluminó con electroluminiscencia polarizada circularmente, dice Wang, mostrando que el electrodo magnéticotransfirió con éxito electrones polarizados por rotación al material.
"No es evidente que si unes un semiconductor y un ferromagnet juntos recibes una inyección giratoria", agrega Vardeny. "Tienes que probarlo. Y ellos lo probaron".
El segundo dispositivo es una válvula giratoria. Ya existen dispositivos similares y se utilizan en dispositivos tales como discos duros de computadora. En una válvula giratoria, un campo magnético externo invierte la polaridad de los materiales magnéticos en la válvula entre un abierto, de baja resistenciaestado y un estado cerrado de alta resistencia.
La válvula de giro de Wang y Vardeny hace más. Con la perovskita híbrida como material del dispositivo, los investigadores pueden inyectar el giro en el dispositivo y luego hacer que el giro preceda o se tambalee dentro del dispositivo mediante manipulación magnética.
Eso es un gran problema, dicen los investigadores. "Se pueden desarrollar espintrónicos que no solo son útiles para registrar la información y el almacenamiento de datos, sino también para el cálculo", dice Wang. "Ese fue un objetivo inicial para las personas que comenzaron el campo despintronics, y en eso seguimos trabajando "
Tomados en conjunto, estos experimentos muestran que la perovskita funciona como un semiconductor espintrónico. El objetivo final de un transistor basado en espín aún está a varios pasos de distancia, pero este estudio establece una base importante para el camino por delante.
"Lo que hemos hecho es demostrar que lo que la gente pensaba que era posible con la perovskita en realidad sucede", dice Vardeny. "Ese es un gran paso".
Este trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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