Un equipo dirigido por la Universidad de Utah descubrió que una clase de "materiales milagrosos" llamados perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas podría ser un elemento de cambio para futuros dispositivos espintrónicos.
Spintronics usa la dirección del giro del electrón, ya sea hacia arriba o hacia abajo, para transportar información en unos y ceros. Un dispositivo spintronic puede procesar exponencialmente más datos que la electrónica tradicional que usa el flujo y reflujo de la corriente eléctrica para generar instrucciones digitales.Pero los físicos han luchado para hacer realidad los dispositivos espintrónicos.
El nuevo estudio, publicado en línea hoy en Física de la naturaleza , es el primero en mostrar que las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas son una clase de material prometedor para la espintrónica. Los investigadores descubrieron que las perovskitas poseen dos propiedades contradictorias necesarias para que los dispositivos espintrónicos funcionen: el giro de los electrones se puede controlar fácilmente, yTambién puede mantener la dirección de giro lo suficiente como para transportar información, una propiedad conocida como vida útil del giro.
"Es un dispositivo que la gente siempre quiso hacer, pero existen grandes desafíos para encontrar un material que pueda ser manipulado y, al mismo tiempo, tenga una larga vida útil", dice Sarah Li, profesora asistente en el Departamento deFísica y astronomía en la U y autor principal del estudio. "Pero para este material, es la propiedad del material en sí lo que satisface a ambos".
El material milagroso
Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas ya son famosas en los círculos científicos por ser increíblemente eficientes en la conversión de la luz solar en electricidad.
"Es increíble. Un material milagroso", dice Z. Valy Vardeny, profesor distinguido en el Departamento de Física y Astronomía y coautor del estudio, cuyo laboratorio estudia las células solares de perovskita ". En solo unos años, las células solaresbasado en este material tienen una eficiencia del 22 por ciento. Y ahora tiene esta propiedad de vida útil de giro. Es fantástico ".
Sin embargo, la composición química del material es un candidato poco probable para la espintrónica. El marco inorgánico híbrido de perovskita está hecho de elementos pesados. Cuanto más pesado es el átomo, más fácil es manipular el espín electrónico. Eso es bueno para la espintrónica. Pero otras fuerzas tambiéninfluir en el giro. Cuando los átomos son pesados, se supone que la vida útil del giro es corta, explica Li.
"La mayoría de la gente en el campo no pensaría que este material tiene una larga vida útil. También nos sorprende", dice Li. "Todavía no hemos descubierto la razón exacta. Pero es probable que sea algo intrínseco, mágicopropiedad del propio material "
Spintronics: Ese momento magnético cuando ...
Los teléfonos celulares, las computadoras y otros dispositivos electrónicos tienen transistores de silicio que controlan el flujo de corrientes eléctricas como pequeñas presas. A medida que los dispositivos se vuelven más compactos, los transistores deben manejar la corriente eléctrica en áreas cada vez más pequeñas.
"La tecnología de silicio, basada solo en la carga de electrones, está alcanzando su límite de tamaño", dice Li, "el tamaño del cable ya es pequeño. Si se vuelve más pequeño, no funcionará de una manera clásica quePiensas en."
"La gente pensaba, '¿Cómo aumentamos la cantidad de información en un área tan pequeña?'", Agrega Vardeny. "¿Qué hacemos para superar este límite?"
"Spintronics" responde a la física.
Spintronics usa el giro del electrón para transportar información. Los electrones son básicamente pequeños imanes que orbitan el núcleo de un elemento. Al igual que la Tierra tiene su propia orientación con respecto al sol, los electrones tienen su propia orientación de giro con respecto al núcleo que puedeestar alineado en dos direcciones: "Arriba", que representa un uno, y "abajo", que representa un cero. Los físicos relacionan el "momento magnético" del electrón con su giro.
Al agregar giro a la electrónica tradicional, puede procesar exponencialmente más información que usarla clásicamente en función de una carga menor o mayor.
"Con la espintrónica, no solo tiene mucha más información, sino que no está limitado por el tamaño del transistor. El límite de tamaño será el tamaño del momento magnético que puede detectar, que es mucho más pequeño que eltamaño del transistor hoy en día ", dice Vardeny.
El experimento para sintonizar spin electrónico
Ajustar un giro de electrones es como afinar una guitarra, pero con un láser y muchos espejos.
Primero, los investigadores formaron una película delgada a partir del yodo híbrido de perovskita metil-amonio plomo CH3NH3PbI3 y lo colocaron frente a un láser ultrarrápido que dispara pulsos de luz muy cortos 80 millones de veces por segundo. Los investigadores son los primeros en usarluz para establecer la orientación de giro del electrón y observar la precesión de giro en este material.
Dividen el láser en dos haces; el primero golpea la película para establecer el giro del electrón en la dirección deseada. El segundo haz se dobla a través de una serie de espejos como una máquina de pinball antes de golpear la película de perovskita a intervalos de tiempo cada vez mayores para medircuánto tiempo el electrón mantuvo el giro en la dirección preparada.
Descubrieron que la perovskita tiene una vida útil de giro sorprendentemente larga, hasta nanosegundos. El giro gira muchas veces durante un nanosegundo, lo que significa que se puede almacenar y manipular mucha información fácilmente durante ese tiempo.
Una vez que determinaron la larga vida útil del giro, los investigadores probaron qué tan bien podían manipular el giro con un campo magnético.
"El giro es como la brújula. La brújula gira en este campo magnético perpendicular a esa brújula, y eventualmente dejará de girar", dice Li. "Digamos que configura el giro en 'hacia arriba', y lo llama 'uno'. 'Cuando lo expones al campo magnético, el giro cambia de dirección. Si gira 180 grados, cambia de uno a cero. Si gira 360 grados, va de uno a uno ".
Descubrieron que podían rotar el espín más de 10 vueltas exponiendo el electrón a diferentes intensidades de campo magnético.
El potencial de este material es enorme, dice Vardeny. Podría procesar datos más rápido y aumentar la memoria de acceso aleatorio.
"Te lo digo, es un material milagroso", dice Vardeny.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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