Un grupo de investigadores en Japón y China identificó los requisitos para el desarrollo de nuevos tipos de dispositivos eléctricos de consumo extremadamente bajo de energía mediante el estudio de películas delgadas 2Te3 Cr-dopadas Sb, Bi. Este estudio ha sido reportado en Comunicaciones de la naturaleza .
A temperaturas extremadamente bajas, una corriente eléctrica fluye alrededor del borde de la película sin pérdida de energía y sin campo magnético externo. Este fenómeno atractivo se debe a las propiedades ferromagnéticas del material; sin embargo, hasta ahora, no ha quedado claro cómoel material gana esta propiedad. Por primera vez, los investigadores han revelado el mecanismo por el cual esto ocurre. "Esperemos que este logro conduzca a la creación de nuevos materiales que funcionen a temperatura ambiente en el futuro", dijo Akio Kimura, profesor deUniversidad de Hiroshima y miembro del grupo de investigación.
Su logro se remonta al descubrimiento del efecto Hall cuántico en la década de 1980, donde una corriente eléctrica fluye a lo largo de un borde o interfaz sin pérdida de energía. Sin embargo, esto requiere un gran campo magnético externo y un nivel extremadamente bajotemperatura. Es por eso que las aplicaciones prácticas no han sido posibles. Los investigadores creían que este problema podría superarse con nuevos materiales llamados aislantes topológicos que tienen propiedades ferromagnéticas como las que se encuentran en Cr-doped Sb, Bi 2Te3.
Un aislante topológico, predicho en 2005 y observado por primera vez en 2007, no es un metal ni un aislante, y tiene propiedades exóticas. Por ejemplo, una corriente eléctrica se genera solo en la superficie o el borde del material, mientras que no hay electricidadse genera corriente en su interior. Parece que solo la superficie o el borde del material tiene propiedades metálicas, mientras que en el interior es un aislante.
A temperaturas extremadamente bajas, una película delgada hecha de Cr-dopado Sb, Bi 2Te3 muestra un fenómeno peculiar. Como la película en sí es ferromagnética, se genera una corriente eléctrica espontáneamente sin un campo magnético externo y la corriente eléctrica fluye solo alrededorel borde de la película sin pérdida de energía. Sin embargo, anteriormente se desconocía por qué Cr-doped Sb, Bi 2Te3 tenía propiedades ferromagnéticas que le permitían generar corriente eléctrica.
"Es por eso que seleccionamos el material como el objeto de nuestro estudio", dijo el profesor Kimura.
Debido a que Cr es un elemento magnético, un átomo de Cr es equivalente a un imán de tamaño atómico. Las orientaciones NS de tales imanes de tamaño atómico tienden a estar alineadas en paralelo por las interacciones entre los átomos de Cr. Cuando las orientaciones NS de Crlos átomos en Cr-dopado Sb, Bi 2Te3 están alineados en paralelo, el material exhibe ferromagnetismo. Sin embargo, las distancias interatómicas entre los átomos de Cr en el material son, de hecho, demasiado largas para interactuar lo suficiente como para que el material sea ferromagnético.
El grupo descubrió que los átomos del elemento no magnético, como los átomos Sb y Te, median las interacciones magnéticas entre los átomos de Cr y sirven como pegamento para fijar las orientaciones NS de los átomos de Cr que miran en una dirección. Además, elEl grupo espera que su hallazgo proporcione una forma de aumentar la temperatura crítica para las aplicaciones relevantes del dispositivo.
Los experimentos para esta investigación se llevaron a cabo principalmente en SPring-8. "No hubiéramos logrado resultados perfectos sin las instalaciones y el personal allí. Se dedicaron a detectar el magnetismo extremadamente sutil que exhiben los átomos de elementos no magnéticos conprecisión extremadamente alta. Aprecio mucho sus esfuerzos ", dijo Kimura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Hiroshima . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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