Un nuevo método que mide con precisión el comportamiento misterioso y las propiedades magnéticas de los electrones que fluyen a través de la superficie de los materiales cuánticos podría abrir un camino a la electrónica de próxima generación.
Encontrados en el corazón de los dispositivos electrónicos, los semiconductores a base de silicio dependen de la corriente eléctrica controlada responsable de alimentar la electrónica. Estos semiconductores solo pueden acceder a la carga de energía de los electrones, pero los electrones hacen más que cargar una carga. También tienen intrínsecosmomento angular conocido como spin, que es una característica de los materiales cuánticos que, si bien es esquivo, puede manipularse para mejorar los dispositivos electrónicos.
Un equipo de científicos, dirigido por An-Ping Li en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, ha desarrollado una innovadora técnica de microscopía para detectar el giro de electrones en aisladores topológicos, un nuevo tipo de material cuántico que podría usarse enaplicaciones como spintronics y computación cuántica.
"La corriente de espín, es decir, el momento angular total de los electrones en movimiento, es un comportamiento en los aisladores topológicos que no se pudo tener en cuenta hasta que se desarrolló un método sensible al espín", dijo Li.
Los dispositivos electrónicos continúan evolucionando rápidamente y requieren más energía empaquetada en componentes más pequeños. Esto lleva a la necesidad de alternativas menos costosas y energéticamente eficientes a la electrónica basada en la carga. Un aislador topológico transporta corriente eléctrica a lo largo de su superficie, mientras que se encuentra más adentromaterial, actúa como un aislante. Los electrones que fluyen a través de la superficie del material exhiben direcciones de giro uniformes, a diferencia de un semiconductor donde los electrones giran en diferentes direcciones.
"Los dispositivos basados en la carga son menos eficientes energéticamente que los basados en giros", dijo Li. "Para que los giros sean útiles, necesitamos controlar tanto su flujo como su orientación".
Para detectar y comprender mejor este peculiar comportamiento de partículas, el equipo necesitaba un método sensible al giro de los electrones en movimiento. Su nuevo enfoque de microscopía se probó en un solo cristal de Bi 2 Te 2 Se, un material que contiene bismuto, teluro y selenio. Midió la cantidad de voltaje producido a lo largo de la superficie del material a medida que el flujo de electrones se movía entre puntos específicos mientras detectaba el voltaje para el giro de cada electrón.
El nuevo método se basa en un microscopio de túnel de exploración de cuatro sondas, un instrumento que puede identificar la actividad atómica de un material con cuatro puntas de sondeo móviles, al agregar un componente para observar el comportamiento de giro de los electrones en la superficie del material. Este enfoqueno solo incluye mediciones de sensibilidad al giro, sino que también limita la corriente a un área pequeña en la superficie, lo que ayuda a evitar que los electrones escapen debajo de la superficie, proporcionando resultados de alta resolución.
"Detectamos con éxito un voltaje generado por la corriente de giro del electrón", dijo Li, coautor de un artículo publicado por Cartas de revisión física eso explica el método. "Este trabajo proporciona una clara evidencia de la corriente de centrifugado en los aisladores topológicos y abre una nueva vía para estudiar otros materiales cuánticos que finalmente podrían aplicarse en dispositivos electrónicos de próxima generación".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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