El Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, con instalaciones en Florida y Nuevo México, ofrece a los científicos acceso a enormes máquinas que crean campos magnéticos que establecen récords. Los campos magnéticos fuertes ayudan a los investigadores a investigar la estructura fundamental de los materiales para comprender y manipular mejor sus propiedadesSin embargo, las instalaciones a gran escala como el MagLab son escasas y los científicos deben competir con otros por un tiempo valioso en las máquinas.
Ahora, investigadores del Reino Unido, en colaboración con socios de la industria de Alemania, han construido un instrumento de mesa que puede realizar mediciones que antes solo eran posibles en los grandes laboratorios nacionales de imanes. Las mediciones ayudarán en el desarrollo de dispositivos electrónicos de próxima generación que empleanMateriales 2-D, dijo Ben Spencer, un investigador asociado postdoctoral que trabaja en el grupo de Darren Graham en el Photon Science Institute de la Universidad de Manchester, quien ayudó a desarrollar el nuevo instrumento.
Los investigadores describen su trabajo en un artículo de la revista Letras de física aplicada , de AIP Publishing.
Desde la década de 1950, los experimentos realizados con campos magnéticos han desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de dispositivos semiconductores, como transistores y diodos emisores de luz, que han cambiado el mundo.
Una técnica de campo magnético se llama resonancia de ciclotrón. En un campo magnético, las partículas cargadas en un material comienzan a moverse en círculos alrededor de las líneas del campo magnético. Las partículas en órbita interactúan con la luz de manera diferente dependiendo de propiedades como su masa, concentración ysobre la facilidad con que se mueven a través del material. Al iluminar el material en el campo magnético y registrar la frecuencia y la cantidad de luz que se absorbe, los científicos pueden obtener información importante sobre la facilidad con la que se mueven las partículas cargadas, una propiedad crítica en los dispositivos electrónicos.
Uno de los principales obstáculos para el uso generalizado de la resonancia de ciclotrón es que algunos materiales requieren un campo magnético extremadamente alto para que las partículas cargadas se muevan lo suficientemente rápido como para interactuar con la luz.
Recientemente, los investigadores crearon un pequeño imán de alta potencia que puede generar campos de alrededor de 30 Tesla, aproximadamente 600,000 veces más fuertes que el campo magnético de la Tierra y 20 veces más fuertes que los escáneres de resonancia magnética que se usan normalmente en los hospitales.
El nuevo imán es lo suficientemente compacto para una máquina de mesa, sin embargo, el imán solo puede generar un campo en pulsos cortos que duran una centésima de segundo fugaz.
"El desafío de hacer resonancia de ciclotrón con estos imanes pulsados es poder registrar sus datos dentro del breve período de tiempo en que el imán está encendido", dijo Spencer. "El gran avance que hemos logrado está en la técnica de medición".
Spencer y sus colegas utilizaron un enfoque llamado técnica de muestreo óptico asincrónico para aumentar el número de mediciones durante un pulso a alrededor de 100. Los experimentos anteriores con un sistema de imán similar se limitaron a cuatro mediciones por pulso.
El equipo trabajó con investigadores de Laser Quantum, un fabricante de láser, para incorporar láseres ultrarrápidos en el nuevo instrumento. Los láseres "Taccor" que utilizaron funcionan a tasas de repetición de mil millones de ciclos por segundo, más de 10 veces más altas que las típicastasas de repetición para sistemas láser ultrarrápidos, dijo Spencer. El láser rápido permitió tiempos de adquisición de datos del orden de una diezmilésima de segundo, lo que significaba que se podían tomar hasta cien mediciones durante el pulso magnético transitorio.
"Es este salto adelante el que ahora permitirá mediciones de resonancia de ciclotrón de rutina en una mesa en un entorno de laboratorio", dijo Spencer.
El equipo probó su sistema midiendo las propiedades de los electrones en la interfaz de los dos semiconductores AlGaN y GaN. Tales interfaces podrían formar una parte importante de los nuevos transistores que ahorran energía.
"Este trabajo se está incorporando a un programa de trabajo en la Universidad de Cambridge sobre el desarrollo de transistores de alta movilidad de electrones basados en AlGaN / GaN. Estos prometen un consumo de energía mucho menor que los dispositivos actuales, lo que en última instancia conducirá a ahorros de energía en una amplia gama de consumidoresDispositivos electrónicos. También estamos comenzando a investigar una variedad de otros materiales bidimensionales que utilizan este instrumento, incluido el nuevo material maravilloso 2-D grafeno ", dijo Graham.
En última instancia, el equipo espera que su nuevo instrumento pueda facilitar un progreso rápido en muchas áreas del desarrollo de dispositivos semiconductores. El sistema se puede trasladar fácilmente a diferentes universidades y facilita pensar en una medición y simplemente realizarla al día siguiente, sin tener que solicitar tiempo en una instalación magnet nacional, dicen los investigadores.
"Estamos seguros de que cuando las personas se den cuenta de que podemos hacer tales mediciones en el laboratorio, harán cola para usar nuestro instrumento. Ya nos han contactado varios grupos interesados en que se tomen medidas en sus muestras", Grahamdijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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