Al diseñar dispositivos electrónicos, los científicos buscan formas de manipular y controlar tres propiedades básicas de los electrones: su carga; sus estados de rotación, que dan lugar al magnetismo; y las formas de las nubes difusas que forman alrededor del núcleo de los átomos, queson conocidos como orbitales.
Hasta ahora, se pensaba que los giros de electrones y los orbitales iban de la mano en una clase de materiales que es la piedra angular de la tecnología de la información moderna; no se podía cambiar rápidamente uno sin cambiar el otro. Pero un estudio en el SLAC del Departamento de EnergíaEl Laboratorio Nacional del Acelerador muestra que un pulso de luz láser puede cambiar drásticamente el estado de rotación de una clase importante de materiales mientras deja intacto su estado orbital.
Los resultados sugieren un nuevo camino para hacer una generación futura de dispositivos lógicos y de memoria basados en "orbitronics", dijo Lingjia Shen, investigadora asociada de SLAC y uno de los principales investigadores del estudio.
"Lo que estamos viendo en este sistema es todo lo contrario de lo que la gente ha visto en el pasado", dijo Shen. "Esto aumenta la posibilidad de que podamos controlar el giro y los estados orbitales de un material por separado, y usar variaciones en elformas de orbitales como los 0 y 1 necesarios para realizar cálculos y almacenar información en las memorias de la computadora ".
El equipo de investigación internacional, dirigido por Joshua Turner, científico e investigador del personal de SLAC del Instituto Stanford de Ciencia de Materiales y Energía SIMES, informó sus resultados esta semana en Revisión física B Comunicaciones rápidas .
Un material intrigante y complejo
El material que el equipo estudió fue un material cuántico a base de óxido de manganeso conocido como NSMO, que viene en capas cristalinas extremadamente delgadas. Ha existido durante tres décadas y se usa en dispositivos donde la información se almacena mediante el uso de un campo magnético para cambiarun estado de giro de electrones a otro, un método conocido como spintronics. NSMO también se considera un candidato prometedor para hacer futuras computadoras y dispositivos de almacenamiento de memoria basados en skyrmions, pequeños vórtices en forma de partículas creados por los campos magnéticos de los electrones giratorios.
Pero este material también es muy complejo, dijo Yoshinori Tokura, director del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente en Japón, que también participó en el estudio.
"A diferencia de los semiconductores y otros materiales familiares, NSMO es un material cuántico cuyos electrones se comportan de manera cooperativa o correlacionada, en lugar de ser independientes como suelen hacerlo", dijo. "Esto dificulta el control de un aspecto de lacomportamiento de los electrones sin afectar a todos los demás ".
Una forma común de investigar este tipo de material es golpearlo con luz láser para ver cómo responden sus estados electrónicos a una inyección de energía. Eso es lo que hizo el equipo de investigación aquí. Observaron la respuesta del material con pulsos láser de rayos Xde la fuente de luz coherente Linac de SLAC LCLS.
Uno se derrite, el otro no
Lo que esperaban ver era que los patrones ordenados de giros de electrones y orbitales en el material serían arrojados a un desorden total, o "fundidos", ya que absorbían pulsos de luz láser de infrarrojo cercano.
Pero para su sorpresa, solo los patrones de giro se derritieron, mientras que los patrones orbitales se mantuvieron intactos, dijo Turner. El acoplamiento normal entre los estados de giro y orbitales se había roto por completo, dijo, lo cual es algo difícil de hacer en este tipode material correlacionado y no se había observado antes.
Tokura dijo: "Por lo general, solo una pequeña aplicación de fotoexcitación destruye todo. Aquí, pudieron mantener el estado de electrones que es más importante para dispositivos futuros, el estado orbital, sin daños. Esta es una nueva adición agradable a laciencia de orbitronics y electrones correlacionados "
Al igual que los estados de espín de electrones se cambian en espintrónica, los estados orbitales de electrones se pueden cambiar para proporcionar una función similar. Estos dispositivos orbitrónicos podrían, en teoría, operar 10.000 más rápido que los dispositivos espintrónicos, dijo Shen.
El cambio entre dos estados orbitales podría hacerse posible mediante el uso de ráfagas cortas de radiación de terahercios, en lugar de los campos magnéticos utilizados hoy en día, dijo: "Combinar los dos podría lograr un rendimiento del dispositivo mucho mejor para futuras aplicaciones". El equipo está trabajando enmaneras de hacer eso
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio nacional de aceleración DOE / SLAC . Original escrito por Glennda Chui. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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