Un nuevo material tiene propiedades que lo convierten en un candidato prometedor para nuevas áreas como dispositivos magnéticos twistrónicos y espintrónicos, así como avances en el almacenamiento de datos y el diseño de dispositivos.
Para empezar, todos los elementos están ahí, por así decirlo; es solo una cuestión de averiguar de lo que son capaces, solos o juntos. Para el laboratorio de Leslie Schoop, una investigación reciente ha descubierto un compuesto en capas con un tríode propiedades que anteriormente no se sabía que existían en un material.
Con un equipo interdisciplinario internacional, Schoop, profesor asistente de química, y el investigador asociado de investigación posdoctoral Shiming Lei, publicó un artículo la semana pasada en Avances científicos informa que el material de van der Waals gadolinio tritelurido GdTe3 muestra la mayor movilidad electrónica entre todos los materiales magnéticos en capas conocidos. Además, tiene un orden magnético y puede exfoliarse fácilmente.
Combinadas, estas propiedades lo convierten en un candidato prometedor para nuevas áreas como dispositivos magnéticos twistrónicos y espintrónicos, así como avances en el almacenamiento de datos y diseño de dispositivos.
El equipo de Schoop descubrió inicialmente estas características únicas a principios de 2018, poco después de comenzar el proyecto. Su primer éxito fue demostrar que GdTe3 es fácilmente desplegable hasta copos ultrafinos por debajo de 10 nm. Posteriormente, el equipo pasó dos años refinando la pureza del materialcristales a un estado que solo sirvió para amplificar los resultados. El laboratorio ya ha enviado una serie de muestras a los investigadores ansiosos por explorar cómo el compuesto encaja en una categoría que antes solo ocupaba fósforo negro y grafito. La alta movilidad es rara en los materiales en capas.
Las propiedades detalladas en el estudio, descritas como oscilaciones cuánticas o "meneos" que se pueden medir, son tan pronunciadas que se observaron sin las sondas y equipos especiales que generalmente se encuentran en los laboratorios nacionales.
"Por lo general, si ve estas oscilaciones, depende en parte de la calidad de su muestra. Realmente nos sentamos e hicimos los mejores cristales posibles. En el transcurso de dos años mejoramos la calidad, de modo que estas oscilaciones se volvieron más ymás dramático ", dijo Schoop." Pero las primeras muestras ya los mostraron, aunque con los primeros cristales que crecimos no sabíamos exactamente qué estábamos haciendo ", dijo Schoop.
"Fue muy emocionante para nosotros. Vimos estos resultados de electrones altamente móviles en este material que no esperábamos. Por supuesto que esperábamos buenos resultados. Pero no anticipé que fuera tan dramático".Schoop añadido.
Lei caracterizó las noticias como un "avance" en gran parte debido a la alta movilidad. "Agregar este material al zoológico de materiales 2D van der Waals es como agregar un ingrediente recién descubierto para cocinar, que permite nuevos sabores y platos".él dijo.
"Entonces, primero, saca estos materiales. Lo siguiente es identificar el potencial: ¿cuál es la función del dispositivo que puede hacer con él? ¿Cuál es el rendimiento que podemos mejorar aún más como una próxima generación de materiales en esta línea?? "
Un tritellurido de tierras raras, GdTe3 tiene una movilidad portadora más allá de 60,000 cm2V-1s-1. Esto significa que si se aplica un campo de un voltio por cm al material, los electrones se mueven con una velocidad neta de 60,000 cm por segundoPara comparar, la movilidad en otros materiales magnéticos a menudo se encuentra en unos pocos cientos de cm2V-1s-1.
"La alta movilidad es importante porque esto significa que los electrones dentro de los materiales pueden viajar a altas velocidades con una dispersión mínima, reduciendo así la disipación de calor de cualquier dispositivo electrónico construido a partir de ellos", dijo Lei.
Los materiales de Van der Waals, en los que las capas están unidas por una fuerza débil, son los compuestos principales de los materiales en 2D. Los investigadores los están estudiando para la fabricación de dispositivos de próxima generación y también para su uso en twistronics, descritos por primera vez en la cienciacomunidad hace solo unos años. Con twistronics, las capas de materiales 2D están desalineadas o retorcidas mientras se colocan una encima de la otra. La desalineación juiciosa de la red cristalina puede cambiar las propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas de manera que pueden brindar nuevas oportunidades para aplicaciones.
Además, hace unos 15 años se descubrió que los materiales de van der Waals podían exfoliarse hasta la capa más delgada utilizando algo tan común como la cinta adhesiva. Esta revelación excitó muchos desarrollos nuevos en física. Finalmente, los materiales 2D fueron recientementese revela que exhibe un orden magnético, en el que los espines de los electrones están alineados entre sí. Todos los dispositivos "delgados", por ejemplo, discos duros, se basan en materiales que se ordenan magnéticamente de diferentes maneras que producen diferentes eficiencias.
"Hemos encontrado este material donde los electrones se disparan como en una carretera: perfecto, muy fácil, rápido", dijo Schoop. "Tener este orden magnético además y el potencial de ir a dos dimensiones es algo que eraexcepcionalmente nuevo para este material "
Los resultados del estudio son una gran muestra para el joven laboratorio de Schoop, establecido hace poco más de dos años. Son el producto de una colaboración con el Centro Princeton para Materiales Complejos, un Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales financiado por NSF, ycoautores Nai Phuan Ong, Sanfeng Wu y Ali Yazdani, todos profesores del Departamento de Física de Princeton.
Para comprender completamente las propiedades electrónicas y magnéticas de GdTe3, el equipo también colaboró con Boston College para las pruebas de exfoliación, y el Laboratorio Nacional Argonne y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido para comprender la estructura electrónica del material usando radiación sincrotón.
Desde una perspectiva más amplia, lo que más satisfizo a Schoop sobre el estudio fue la "intuición química" que llevó al equipo a comenzar la investigación con GdTe3 en primer lugar. Sospechaban que habría resultados prometedores. Pero el hecho de que GdTe3 los arrojóSchoop dice que es tan rápido y enfático que la química tiene importantes contribuciones que hacer en el campo de la física del estado sólido.
"Somos un grupo en el departamento de química y descubrimos que este material debería ser de interés para electrones altamente móviles basados en principios químicos", dijo Schoop. "Estábamos pensando en cómo estaban dispuestos los átomos en estos cristales ycómo deberían estar unidos entre sí, y no basados en medios físicos, que a menudo es comprender la energía de los electrones basados en los hamiltonianos.
"Pero tomamos un enfoque muy diferente, mucho más relacionado con hacer dibujos, como lo hacen los químicos, relacionado con los orbitales y cosas así", dijo. "Y tuvimos éxito con este enfoque. Es tan único y diferenteenfoque al pensar en materiales interesantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Wendy Plump. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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