El sobrecalentamiento de los chips de computadora es un obstáculo importante para el desarrollo de computadoras y teléfonos móviles más rápidos y eficientes. Un remedio prometedor para este problema podría ser una clase de materiales descubiertos por primera vez hace unos años: aislantes topológicos, que conducen electricidadcon menos resistencia y generación de calor que los materiales convencionales. La investigación sobre estos materiales todavía está en sus primeras etapas. Un equipo de Jülich y Aachen ha encontrado una manera de controlar las propiedades conductoras deseadas de este tipo de material de manera más precisa y confiable que nuncaLos resultados han sido publicados en la edición actual de la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Los llamados materiales "topológicos" tienen diferentes propiedades físicas en su superficie que en su interior. Los aislantes topológicos son en efecto aislantes en el interior, pero en sus superficies y bordes conducen corrientes eléctricas casi como si estuvieran corriendo a lo largovías ferroviarias: más rápidas, con menos resistencia y menos producción de calor que con los materiales convencionales. Además, las vías actúan como una calle de un solo sentido para los electrones. El momento angular inherente de los electrones, conocido como "spin", determina en quédirección en la que pueden fluir los electrones. Esta propiedad también es útil para el procesamiento de información y puede allanar el camino para el desarrollo de nuevos componentes espintrónicos.
Investigadores del Instituto Peter Grünberg y la Universidad RWTH Aachen ahora han demostrado cómo se pueden optimizar la conductividad y los requisitos de energía de estos materiales. En términos muy simplificados, su receta para el éxito es: apilar en lugar de mezclar. Prof. Detlev Grützmacherdel Instituto Peter Grünberg surgió por primera vez la idea crucialmente importante: "En lugar de alear dos tipos diferentes de semiconductores como de costumbre, para obtener un aislante topológico, apilamos ambos semiconductores uno encima del otro, capa atómica por atómicacolocando esto a su vez en una capa de respaldo de silicio con la ayuda de la epitaxia del haz molecular. "La epitaxia del haz molecular es un método extremadamente preciso para producir capas cristalinas delgadas, y se usa cada vez más no solo en la investigación sino también en la producción industrial de semiconductores.
De esta manera, los científicos pudieron controlar la construcción atómica con gran precisión, lo que documentaron con el uso de microscopía electrónica de ultra alta resolución. "Lograr la composición atómica perfecta de los aislantes topológicos es vital para las propiedades electrónicas,y por lo tanto para la eficiencia energética, pero el proceso de aleación es difícil de monitorear ", explicó el Dr. Lukasz Plucinski del Instituto Peter Grünberg.
Los investigadores pudieron descubrir exactamente qué espesor de capa va de la mano con propiedades de conducción óptimas utilizando la tecnología de la espectroscopía de fotoemisión con resolución angular. Aquí, las muestras se bombardean con fotones para desencadenar la liberación de electrones del material. Su energía yse mide el ángulo de salida, proporcionando información sobre la energía y la distribución de los electrones en la superficie de la muestra.
En principio, los aislantes topológicos también pueden controlarse con la ayuda de campos eléctricos externos en aleaciones de semiconductores y otros materiales. Utilizando el método de emparedado que los científicos han desarrollado juntos en el marco de la "Tecnología de la Información Futura" de la Alianza de Investigación de Jülich AachenJARA FIT, tales procedimientos tecnológicos complejos ya no son necesarios y, además, el material de sustrato de silicio facilita la integración en aplicaciones en etapas posteriores.
Los científicos del Instituto Virtual de Aisladores Topológicos VITI, coordinados por el Instituto Peter Grünberg en Jülich, continúan realizando investigaciones básicas sobre posibles usos adicionales para los nuevos materiales. Esto podría, por ejemplo, permitir probarexistencia de fenómenos cuánticos novedosos, solo teóricamente predichos, como los llamados condensados de excitón topológicos, formados por pares de electrones en las superficies.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungszentrum Juelich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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