En el mundo de la física de semiconductores, el objetivo es idear formas más eficientes y microscópicas para controlar y realizar un seguimiento de 0 y 1, los códigos binarios en los que se basan todas las funciones lógicas y de almacenamiento de información en las computadoras.
Un nuevo campo de la física que busca tales avances se llama valleytronics, que explota el "grado de libertad del valle" del electrón para el almacenamiento de datos y aplicaciones lógicas. En pocas palabras, los valles son máximos y mínimos de energías de electrones en un sólido cristalino. Un método paracontrolar electrones en diferentes valles podría producir nuevos chips de computadora súper eficientes.
Un equipo de la Universidad de Buffalo, dirigido por Hao Zeng, PhD, profesor del Departamento de Física, trabajó con científicos de todo el mundo para descubrir una nueva forma de dividir los niveles de energía entre los valles en un semiconductor bidimensional.
El trabajo se describe en un estudio publicado en línea hoy 1 de mayo de 2017 en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
La clave del descubrimiento de Zeng es el uso de un compuesto ferromagnético para separar los valles y mantenerlos en diferentes niveles de energía. Esto lleva a un aumento en la separación de las energías del valle en un factor de 10 más que el obtenido al aplicarun campo magnético externo
"Normalmente hay dos valles en estos semiconductores atómicamente delgados con exactamente la misma energía. Estos se llaman 'niveles de energía degenerados' en términos de mecánica cuántica. Esto limita nuestra capacidad de controlar valles individuales. Se puede usar un campo magnético externo para romperesta degeneración. Sin embargo, la división es tan pequeña que tendrías que ir a los Laboratorios Nacionales de Campo Magnético Alto para medir una diferencia de energía considerable. Nuestro nuevo enfoque hace que los valles sean más accesibles y fáciles de controlar, y esto podría permitir que los valles seanútil para el almacenamiento y procesamiento de información en el futuro ", dijo Zeng.
La forma más sencilla de comprender cómo se pueden usar los valles en el procesamiento de datos puede ser pensar en dos valles uno al lado del otro. Cuando un valle está ocupado por electrones, el interruptor está "encendido". Cuando el otro valle está ocupado, el interruptorestá "apagado". El trabajo de Zeng muestra que los valles se pueden colocar de tal manera que un dispositivo se puede "encender" y "apagar", con una pequeña cantidad de electricidad.
ingredientes microscópicos
Zeng y sus colegas crearon una heteroestructura de dos capas, con una película de 10 nanómetros de espesor de EuS magnético sulfuro de europio en la parte inferior y una sola capa menos de 1 nanómetro del metal de transición dicholcogenuro WSe2 diselenuro de tungsteno enEl campo magnético de la capa inferior forzó la separación de energía de los valles en el WSe2.
Los intentos anteriores para separar los valles implicaron la aplicación de campos magnéticos muy grandes desde el exterior. Se cree que el experimento de Zeng es la primera vez que se utiliza un material ferromagnético junto con un material semiconductor atómicamente delgado para dividir sus niveles de energía en el valle.
"Mientras tengamos el material magnético allí, los valles permanecerán separados", dijo. "Esto lo hace valioso para aplicaciones de memoria no volátil".
Athos Petrou, profesor distinguido de la UB en el Departamento de Física, midió la diferencia de energía entre los valles separados haciendo rebotar la luz del material y midiendo la energía de la luz reflejada.
"Por lo general, obtenemos este tipo de resultados solo una vez cada cinco o 10 años", dijo Petrou.
Extendiendo la ley de Moore
El experimento se realizó a 7 grados Kelvin -447 Fahrenheit, por lo que cualquier uso diario del proceso está lejos en el futuro. Sin embargo, demostrar que es posible es un primer paso.
"La razón por la que la gente está realmente entusiasmada con esto, es que la ley de Moore [que dice que el número de transistores en un circuito integrado se duplica cada dos años] se prevé que termine pronto. Ya no funciona porque ha alcanzado su límite fundamental,"Dijo Zeng
"Los chips informáticos actuales dependen del movimiento de las cargas eléctricas, y eso genera una enorme cantidad de calor a medida que las computadoras se vuelven más potentes. Nuestro trabajo realmente ha llevado a valleytronics un paso más cerca para superar ese desafío".
Los contribuyentes al estudio incluyeron a los estudiantes graduados en física de la UB: Chuan Zhao, Tenzin Norden, Peiyao Zhang, Fan Sun; más investigadores en la Universidad Nanjing Tech y la Universidad Xi'an Jiaotong en China; Universidad de Waterloo en Canadá; Universidad de Nebraska-Omaha; y la Universidad de Creta en Grecia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Grove Potter. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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