Un descubrimiento de cómo controlar y transferir electrones giratorios allana el camino para nuevos dispositivos híbridos que podrían superar a la electrónica de semiconductores existente. En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Linkoping en Suecia demuestran cómo combinar un semiconductor de uso común con un aislante topológico, un estado de la materia recientemente descubierto con propiedades eléctricas únicas.
Al igual que la Tierra gira alrededor de su propio eje, también lo hace un electrón, en sentido horario o antihorario. "Espintrónica" es el nombre utilizado para describir tecnologías que explotan tanto el giro como la carga del electrón. Aplicaciones actualesson limitados, y la tecnología se utiliza principalmente en discos duros de computadora. Spintronics promete grandes ventajas sobre la electrónica convencional, incluido un menor consumo de energía y una mayor velocidad.
En términos de conducción eléctrica, los materiales naturales se clasifican en tres categorías: conductores, semiconductores y aislantes. Los investigadores han descubierto recientemente una fase exótica de la materia conocida como "aisladores topológicos", que es un aislante en el interior, pero un conductor en la superficieUna de las propiedades más llamativas de los aislantes topológicos es que un electrón debe viajar en una dirección específica a lo largo de la superficie del material, determinada por su dirección de giro. Esta propiedad se conoce como "bloqueo del momento de giro".
"La superficie de un aislante topológico es como una carretera dividida bien organizada para electrones, donde los electrones que tienen una dirección de giro viajan en una dirección, mientras que los electrones con la dirección de giro opuesta viajan en la dirección opuesta. Pueden viajar rápido en sudirecciones designadas sin chocar y sin perder energía ", dice Yuqing Huang, estudiante de doctorado en el Departamento de Física, Química y Biología IFM de la Universidad de Linkoping.
Estas propiedades hacen que los aislantes topológicos sean prometedores para aplicaciones espintrónicas. Sin embargo, una pregunta clave es cómo generar y manipular la corriente de rotación superficial en los aisladores topológicos.
El equipo de investigación detrás del estudio actual ha dado el primer paso hacia la transferencia de electrones orientados a la rotación entre un aislante topológico y un semiconductor convencional. Generaron electrones con la misma rotación en arseniuro de galio, GaAs, un semiconductor comúnmente utilizado en la electrónica.Para lograr esto, utilizaron luz polarizada circularmente, en la que el campo eléctrico gira en sentido horario o antihorario cuando se ve en la dirección de desplazamiento de la luz. Los electrones polarizados por rotación podrían transferirse de GaAs a un aislante topológico, paragenerar una corriente eléctrica direccional en la superficie. Los investigadores pudieron controlar la orientación del giro de los electrones, y la dirección y la fuerza de la corriente eléctrica en el aislante topológico de telururo de bismuto, Bi 2 Te 3 . Según los investigadores, esta flexibilidad no ha estado disponible antes. Todo esto se logró sin aplicar un voltaje eléctrico externo, lo que demuestra el potencial de conversión eficiente de la energía de la luz a la electricidad. Los hallazgos son significativos para el diseño de nuevos dispositivos espintrónicosque explotan la interacción de la materia con la luz, una tecnología conocida como "opto-espintrónica".
"Combinamos las propiedades ópticas superiores de GaAs con las propiedades eléctricas únicas de un aislante topológico. Esto nos ha dado nuevas ideas para diseñar dispositivos opto-espintrónicos que pueden usarse para un almacenamiento, intercambio, procesamiento y lectura de información eficiente y robusto.en la tecnología de la información futura ", dice el profesor Weimin Chen, quien dirigió el estudio.
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Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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