Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Minnesota ha desarrollado un nuevo material que podría mejorar potencialmente la eficiencia del procesamiento y la memoria de la computadora. Los investigadores han presentado una patente sobre el material con el apoyo de Semiconductor Research Corporation y personas dela industria de semiconductores ya ha solicitado muestras del material.
Los hallazgos se publican en Materiales de la naturaleza , una revista científica revisada por pares publicada por Nature Publishing Group.
"Utilizamos un material cuántico que ha atraído mucha atención por parte de la industria de los semiconductores en los últimos años, pero lo creamos de una manera única que resultó en un material con nuevas propiedades físicas y electrónicas que podrían mejorar enormemente la informática yeficiencia de la memoria ", dijo el investigador principal Jian-Ping Wang, profesor distinguido de McKnight de la Universidad de Minnesota y presidente de ingeniería eléctrica de Robert F. Hartmann.
El nuevo material pertenece a una clase de materiales llamados "aislantes topológicos", que han sido estudiados recientemente por comunidades de investigación de física y materiales y la industria de semiconductores debido a sus propiedades magnéticas y de transporte electrónico espínico. Los aisladores topológicos generalmente se crean utilizandoun proceso de crecimiento de cristal único. Otra técnica de fabricación común utiliza un proceso llamado Molecular Beam Epitaxy en el que los cristales crecen en una película delgada. Ambas técnicas no se pueden ampliar fácilmente para su uso en la industria de los semiconductores.
En este estudio, los investigadores comenzaron con seleniuro de bismuto Bi2Se3, un compuesto de bismuto y selenio. Luego utilizaron una técnica de deposición de película delgada llamada "pulverización catódica", que es impulsada por el intercambio de impulso entre los iones y los átomos en el objetivomateriales debido a colisiones. Si bien la técnica de pulverización catódica es común en la industria de semiconductores, esta es la primera vez que se usa para crear un material aislante topológico que podría ampliarse para aplicaciones de la industria de semiconductores y magnéticos.
Sin embargo, el hecho de que la técnica de pulverización catódica funcionó no fue la parte más sorprendente del experimento. Los granos de tamaño nanométrico de menos de 6 nanómetros en la capa aislante topológica pulverizada crearon nuevas propiedades físicas para el material que cambió el comportamiento delelectrones en el material. Después de probar el nuevo material, los investigadores descubrieron que es 18 veces más eficiente en el procesamiento informático y la memoria en comparación con los materiales actuales.
"A medida que disminuyó el tamaño de los granos, experimentamos lo que llamamos 'confinamiento cuántico' en el que los electrones en el material actúan de manera diferente, dándonos más control sobre el comportamiento de los electrones", dijo el coautor del estudio Tony Low, de la Universidad deProfesor asistente de Minnesota de ingeniería eléctrica e informática.
Los investigadores estudiaron el material utilizando la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución TEM única de la Universidad de Minnesota, una técnica de microscopía en la que se transmite un haz de electrones a través de una muestra para formar una imagen.
"Utilizando nuestro TEM de escaneo avanzado con corrección de aberración, logramos identificar esos granos de tamaño nano y sus interfaces en la película", dijo Andre Mkhoyan, profesor asociado de ingeniería química y ciencia de materiales y experto en microscopía electrónica de la Universidad de Minnesota.
Los investigadores dicen que esto es solo el comienzo y que este descubrimiento podría abrir la puerta a más avances en la industria de semiconductores, así como en industrias relacionadas, como la tecnología de memoria de acceso aleatorio magnético MRAM.
"Con la nueva física de estos materiales podrían venir muchas aplicaciones nuevas", dijo Mahendra DC Dangi Chhetri, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en física en el laboratorio del profesor Wang.
Wang está de acuerdo en que esta investigación de vanguardia podría tener un gran impacto.
"Usar el proceso de pulverización catódica para fabricar un material cuántico como un aislante topológico a base de seleniuro de bismuto está en contra de los instintos intuitivos de todos los investigadores en el campo y en realidad no está respaldado por ninguna teoría existente", dijo Wang. "Hace cuatro años, con un fuerte apoyo de Semiconductor Research Corporation y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, comenzamos con una gran idea para buscar una vía práctica para crecer y aplicar el material aislante topológico para futuros dispositivos informáticos y de memoria. Nuestro sorprendente descubrimiento experimental llevó aUna nueva teoría para los materiales aislantes topológicos.
"La investigación se trata de ser paciente y colaborar con los miembros del equipo. Esta vez hubo una gran recompensa", dijo Wang.
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Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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