En el mundo de la electrónica, donde la búsqueda es siempre por unidades más pequeñas y más rápidas con una duración de batería infinita, los aisladores topológicos TI tienen un potencial tentador.
En un artículo publicado hoy en Avances científicos , Jing Shi, profesor de física y astronomía en la Universidad de California, Riverside, y colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT y la Universidad Estatal de Arizona informan que han creado una película TI de solo 25 átomos de espesor que se adhiere a unpelícula magnética aislante, creando una "heteroestructura". Esta heteroestructura hace que las superficies TI sean magnéticas a temperatura ambiente y superiores, a más de 400 Kelvin o más de 720 grados Fahrenheit.
Las superficies de TI tienen solo unos pocos átomos de espesor y necesitan poca energía para conducir la electricidad. Si las superficies de TI se vuelven magnéticas, la corriente solo fluye a lo largo de los bordes de los dispositivos, lo que requiere aún menos energía. Gracias a esto se denomina anomalía cuánticaEfecto Hall, o QAHE, un dispositivo TI podría ser pequeño y sus baterías duraderas, dijo Shi.
Los ingenieros adoran QAHE porque hace que los dispositivos sean muy robustos, es decir, lo suficientemente fuertes como para resistir defectos o errores, de modo que una aplicación defectuosa, por ejemplo, no bloquee un sistema operativo completo.
Los aislantes topológicos son los únicos materiales en este momento que pueden lograr el codiciado QAHE, pero solo después de que están magnetizados, y ahí radica el problema: las superficies de TI no son naturalmente magnéticas.
Los científicos han sido capaces de lograr el magnetismo en TI mediante el dopaje, es decir, la introducción de impurezas magnéticas en el material, lo que también lo hizo menos estable, dijo Shi. El dopaje permitió que las superficies de TI demuestren QAHE, pero solo a temperaturas extremadamente bajas: unalgunas centésimas de grado en grados Kelvin por encima del cero absoluto, o alrededor de 459 grados bajo cero Fahrenheit, lo que no es exactamente propicio para un amplio uso popular.
Shi dijo que muchos científicos culpan al dopaje por hacer que QAHE ocurra solo a temperaturas muy bajas, lo que llevó a los investigadores a comenzar a buscar otra técnica para hacer que las superficies TI sean magnéticas.
Ingrese al laboratorio SHINES Spins and Heat in Nanoscale Electronic Systems de UCR, un centro de investigación de la frontera de energía financiado por el Departamento de Energía en UCR que Shi lidera y se enfoca en desarrollar películas, compuestos y otras formas de cosechar o usar la energía de manera más eficientetecnología nano piense realmente pequeña, como en el tamaño molecular o atómico.
En 2015, el laboratorio de Shi creó por primera vez heteroestructuras de películas magnéticas y materiales de grafeno de un átomo de espesor mediante el uso de una técnica llamada epitaxia de haz molecular de láser. Las mismas películas aislantes magnéticas atómicamente planas son críticas tanto para el grafeno como para los aislantes topológicos.
"Los materiales tienen que estar en contacto íntimo para que TI adquiera magnetismo", dijo Shi. "Si la superficie es rugosa, no habrá buen contacto. Somos buenos para hacer que esta película magnética sea atómicamente plana, así que noátomos adicionales sobresalen "
El laboratorio de UCR luego envió los materiales a sus colaboradores en el MIT, quienes usaron epitaxia de haz molecular para construir 25 capas atómicas de TI en la parte superior de las láminas magnéticas, creando las heteroestructuras, que luego fueron enviadas de regreso a UCR para la fabricación y mediciones del dispositivo.
Se necesita más investigación para hacer que TI muestre el efecto Hall anómalo cuántico QAHE a altas temperaturas, y luego hacer que los materiales estén disponibles para la miniaturización en electrónica, dijo Shi, pero los hallazgos del laboratorio SHINES muestran que al tomar el enfoque de heteroestructuras, TILas superficies pueden hacerse magnéticas - y robustas - a temperaturas normales.
Hacer que los dispositivos más pequeños y rápidos funcionen con los mismos niveles de eficiencia o más altos que sus predecesores más grandes y lentos "no sucede naturalmente", dijo Shi.
"Los ingenieros trabajan duro para hacer que todos los dispositivos funcionen de la misma manera y se necesita mucha ingeniería para llegar allí"
El investigador de laboratorio de UCR SHINES, Chi Tang, es el primer autor del artículo en " Avances científicos , "junto con el coprimer autor Dr. Cui-Zu Chang, anteriormente del MIT, y ahora en la Universidad de Penn State. El proyecto también incluyó a varios colaboradores de UCR, MIT, Penn State y Arizona State University, dijo Shi.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Jeanette Marantos. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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