Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. Berkeley Lab han dado un gran paso hacia la aplicación práctica de "valleytronics", que es un nuevo tipo de electrónica que podría conducir a sistemas informáticos más rápidos y eficientes.chips de almacenamiento de datos en dispositivos de próxima generación.
Como se informó en línea el 4 de abril en la revista Nanotecnología de la naturaleza , los científicos demostraron experimentalmente, por primera vez, la capacidad de generar y controlar eléctricamente los electrones del valle en un semiconductor bidimensional.
Los electrones del valle se llaman así porque llevan un "grado de libertad" del valle. Esta es una nueva forma de aprovechar los electrones para el procesamiento de la información que se suma a la utilización de otros grados de libertad de un electrón, que son espín cuántico en dispositivos espintrónicos y cargaen electrónica convencional.
Más específicamente, los valles electrónicos se refieren a los picos y valles de energía en las bandas electrónicas. Un semiconductor bidimensional llamado dicholcogenuro de metal de transición TMDC tiene dos valles distinguibles de giro y momento opuestos. Debido a esto, el material es adecuado para valleytronicdispositivos, en los que el procesamiento y el almacenamiento de la información podrían llevarse a cabo al poblar selectivamente un valle u otro.
Sin embargo, el desarrollo de dispositivos valleytronic requiere el control eléctrico sobre la población de electrones del valle, un paso que hasta ahora ha resultado muy difícil de lograr.
Ahora, los científicos de Berkeley Lab han demostrado experimentalmente la capacidad de generar y controlar eléctricamente electrones de valle en TMDC. Este es un avance especialmente importante porque se considera que los TMDC están más "listos para el dispositivo" que otros semiconductores que exhiben propiedades valleytrónicas.
"Esta es la primera demostración de excitación eléctrica y control de electrones del valle, lo que acelerará la próxima generación de electrónica y tecnología de la información", dice Xiang Zhang, quien dirigió este estudio y quien es el director de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab.
Zhang también tiene la Cátedra Dotada Ernest S. Kuh en la Universidad de California UC Berkeley y es miembro del Instituto Kavli Energy NanoSciences en Berkeley. Varios otros científicos contribuyeron a este trabajo, incluidos Yu Ye, Jun Xiao, HailongWang, Ziliang Ye, Hanyu Zhu, Mervin Zhao, Yuan Wang, Jianhua Zhao y Xiaobo Yin.
Su investigación podría conducir a un nuevo tipo de electrónica que utiliza los tres grados de libertad: carga, giro y valle, que juntos podrían codificar un electrón con ocho bits de información en lugar de dos en la electrónica actual. Esto significa computadora futuralos chips podrían procesar más información con menos potencia, permitiendo tecnologías informáticas más rápidas y más eficientes en energía.
"Los dispositivos Valleytronic tienen el potencial de transformar las comunicaciones de datos de alta velocidad y los dispositivos de baja potencia", dice Ye, un investigador postdoctoral en el grupo de Zhang y autor principal del artículo.
Los científicos demostraron su enfoque al acoplar un semiconductor ferromagnético del huésped con una monocapa de TMDC. La inyección de espín eléctrico del semiconductor ferromagnético localizó los portadores de carga en un valle de impulso en la monocapa TMDC.
Es importante destacar que los científicos pudieron excitar y confinar eléctricamente los portadores de carga en solo uno de los dos conjuntos de valles. Esto se logró mediante la manipulación de las polarizaciones de giro del portador inyectado, en el que el giro y el valle están unidos en la monocapa TMDC.
Los dos conjuntos de valles emiten luz polarizada circularmente diferente. Los científicos observaron esta luz polarizada circularmente, lo que confirmó que habían inducido y controlado con éxito electrones de valle en TMDC.
"Nuestra investigación resolvió dos desafíos principales en los dispositivos valleytronic. El primero es restringir eléctricamente los electrones a un valle de momento. El segundo es detectar la corriente polarizada del valle resultante por electroluminiscencia polarizada circular", dice Ye. "Nuestra generación y control eléctrico directode los portadores de carga de valle, en TMDC, abre nuevas dimensiones al utilizar los grados de libertad de giro y valle para la electrónica y la computación de próxima generación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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