En 1991, el químico Joel Miller de la Universidad de Utah desarrolló el primer imán con componentes a base de carbono u orgánicos que era estable a temperatura ambiente. Fue un gran avance en magnetismo, y ha estado explorando las aplicaciones desde entonces.
Veinticinco años después, los físicos Christoph Boehme y Valy Vardeny demostraron un método para convertir las ondas cuánticas en corriente eléctrica. Ellos también sabían que habían descubierto algo importante, pero no sabían su aplicación.
Ahora esas tecnologías se han unido y podrían ser el primer paso hacia una nueva generación de productos electrónicos más rápidos, más eficientes y más flexibles.
Trabajando juntos, Miller, Boehme, Vardeny y sus colegas han demostrado que un imán de base orgánica puede transportar ondas de magnetización mecánica cuántica, llamadas magnones, y convertir esas ondas en señales eléctricas. Es un gran avance para el campo de la magnónica electrónicasistemas que usan magnones en lugar de electrones porque los magnones habían sido enviados previamente a través de materiales inorgánicos que son más difíciles de manejar.
"Con respecto a estos materiales orgánicos, tenemos la oportunidad de impulsar la magnónica en un área que es más controlable que los materiales inorgánicos", dice Miller. Sus resultados se publican hoy en Materiales de la naturaleza
Cómo funciona la magnónica
Antes de continuar, hablemos sobre qué es un magnón y cómo se puede usar en electrónica. La electrónica actual usa electrones para transportar información a lo largo de los cables. Los magnones también pueden conducir información a través de materiales, pero en lugar de estar compuestos de electrones, los magnones son ondascompuesto de una propiedad cuántica llamada spin.
Imagine un estadio de fútbol, lleno de fanáticos entusiastas que levantan los brazos para animar a su equipo. Digamos que la dirección en la que apuntan sus brazos es su orientación de giro. Si todos los fanáticos levantan los brazos en el aire simultáneamente,entonces la orientación de giro de todos es la misma y han hecho, en esencia, un imán.
Ahora la multitud comienza "The Wave", excepto que en lugar de pararse y sentarse, un pasillo de aficionados inclina sus brazos hacia la derecha. El siguiente pasillo se da cuenta de este cambio de giro y lo pasa a la siguiente fila. En poco tiempo, este imán tiene una onda giratoria que corre alrededor del estadio.
La versión cuántica de la onda basada en espín es un magnón.
"Ahora tienes una manera de transmitir información en un material", dice el profesor de física y coautor de papel Boehme. "Puedes pensar en la magnónica como la electrónica. Tienes circuitos y cuando logras construir lógica digital a partir de esto,también puedes construir computadoras "
Bueno, todavía no. Aunque los magnones son conocidos por la ciencia durante décadas, solo recientemente se ha descubierto su potencial para construir productos electrónicos.
Actualmente, la mayoría de los investigadores en magnónica están usando el granate de hierro de itrio YIG como su material portador de ondas. Es costoso y difícil de producir, especialmente como una película delgada o un cable. Boehme dice que una vez consideró incorporar YIG en uno de sus instrumentos y tuvodarse por vencido porque el material resultó muy problemático para manejar esa aplicación en particular.
Armando el equipo
Boehme y Vardeny, distinguido profesor de física, también estudian el campo de alternativas a la electrónica llamada spintronics, de la cual la magnónica es un subcampo. En 2016 mostraron cómo observar directamente el "efecto Hall de giro inverso", una forma de convertir el giroondas en corriente eléctrica.
Comenzaron a trabajar junto con Miller a través de un Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales MRSEC financiado por la National Science Foundation en la Universidad de Utah. En 1991, Miller había producido el primer material magnético utilizando componentes orgánicos o basados en carbono.Los tres decidieron probar el imán orgánico de Miller para ver si podría usarse como una alternativa al YIG en materiales magnónicos. Probaron la resonancia de espín electrónico ESR, una medida de cuánto durarían los magnones en el material.línea, cuanto más duraron los magnones.
De hecho, la línea era muy estrecha, dice Vardeny. "Es una registro línea estrecha "
Pero trabajando con el imán de base orgánica, conocido como tetracianoetileno de vanadio o V TCNE x , aún presentaba algunos desafíos. El material es altamente sensible al oxígeno, similar a los imanes de tierras raras. "Si está recién hecho, probablemente se incendiará", dice Miller. "Perderá su magnetismo".el equipo necesitaba manejar las películas delgadas de V TCNE x en condiciones de bajo oxígeno.
La realización de experimentos requirió un concierto de actividad, con los miembros del equipo de investigación cada uno en el lugar correcto en el momento adecuado para llevar a cabo la siguiente fase del experimento.
"Cuente el número de autores en el papel", dice Boehme. Hay 14. "Cada vez que realizamos un experimento, todos tenían que estar allí y estar listos a tiempo para participar en este proceso". Comenzócon uno de los estudiantes de Miller llegando a las 4 de la mañana para preparar un material precursor y continuó durante dos o tres días seguidos mientras los equipos de investigación pasaban la batuta de material y datos.
No todas las corridas experimentales fueron exitosas. Al principio, el equipo aprendió que el conector de cobre que estaban usando para convertir magnones en electricidad usando el efecto Hall de giro inverso estaba reaccionando con el V TCNE x y por lo tanto no funcionaría. Un cambio a contactos de platino en la próxima ejecución fue exitoso.
resultados prometedores
Al final, el equipo informó que pudieron generar magnones estables en imanes orgánicos y convertir esas ondas de giro en señales eléctricas, un gran peldaño. La estabilidad de los magnones en el V TCNE x fue tan bueno como eso en YIG.
Los investigadores esperan que este avance conduzca a un mayor progreso hacia la sustitución de la electrónica por la magnética, ya que los sistemas magnónicos podrían ser más pequeños y más rápidos que los sistemas actuales con menos pérdida de calor y mucha menos energía requerida. La electrónica convencional opera en una escala de voltios, dice BoehmeLos magnones operan en una escala de milivoltios, que contiene alrededor de 1,000 veces menos energía.
El equipo luego espera trabajar hacia circuitos magnónicos usando V TCNE x y también pruebe otros materiales. "Hay muchos imanes de base orgánica", dice Boehme. "No hay razón para creer que si elige uno al azar, es necesariamente el mejor".
Sin embargo, aún está por verse lo que la promesa de la magnónica podría traer más allá de la electrónica más rápida, más pequeña y más eficiente. "No podemos anticipar", dice Miller, "lo que no podemos anticipar".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :