En 2005, Science preguntó si era posible desarrollar un semiconductor magnético que pudiera funcionar a temperatura ambiente. Ahora, solo quince años después, los investigadores han desarrollado esos materiales en forma bidimensional, resolviendo uno de los problemas más difíciles de resolver de la ciencia.
A medida que nuestros teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y computadoras se hacen más pequeños y más rápidos, también lo hacen los transistores dentro de ellos que controlan el flujo de electricidad y almacenan información. Pero los transistores tradicionales solo pueden reducirse tanto. Ahora, los investigadores del Stevens Institute of Technology han desarrolladoun nuevo semiconductor magnético atómicamente delgado que permitirá el desarrollo de nuevos transistores que funcionan de una manera completamente diferente; no solo pueden aprovechar la carga de un electrón sino también la potencia de su giro, proporcionando una ruta alternativa para crear dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y rápidos.
En lugar de depender de la fabricación de componentes eléctricos cada vez más pequeños, el nuevo descubrimiento, publicado en la edición de abril de 2020 de Comunicaciones de la naturaleza , potencialmente proporciona una plataforma crítica para avanzar en el campo de la espintrónica spin + electrónica, una forma fundamentalmente nueva de operar la electrónica y una alternativa muy necesaria para la miniaturización continua de dispositivos electrónicos estándar. Además de eliminar la barrera de miniaturización, elEl nuevo imán atómicamente delgado también puede permitir una velocidad de procesamiento más rápida, un menor consumo de energía y una mayor capacidad de almacenamiento.
"Un semiconductor ferromagnético bidimensional es un material en el que el ferromagnetismo y las propiedades semiconductoras coexisten en uno, y dado que nuestro material funciona a temperatura ambiente, nos permite integrarlo fácilmente con la tecnología de semiconductores bien establecida", dijo EH Yang, profesor de ingeniería mecánica en el Stevens Institute of Technology, quien dirigió este proyecto.
"La intensidad del campo magnético en este material es de 0,5 mT; si bien dicha intensidad de campo magnético débil no puede permitirnos recoger un clip de papel, es lo suficientemente grande como para alterar el giro de los electrones, que puede utilizarse para aplicaciones de bits cuánticos,"dijo Stefan Strauf, profesor de física en Stevens.
Cuando se construyeron las computadoras por primera vez, llenaron una habitación completa, pero ahora pueden caber en su bolsillo trasero. La razón de esto es la ley de Moore, que sugiere que cada dos años, la cantidad de transistores que caben en un chip de computadoradoble, duplicando efectivamente la velocidad y la capacidad de un dispositivo, pero los transistores solo pueden volverse tan pequeños antes de que las señales eléctricas que se supone que controlen ya no obedezcan sus comandos.
Si bien la mayoría de los pronosticadores esperan que la ley de Moore termine para 2025, se han investigado enfoques alternativos que no dependen de la escala física. Manipular el giro de los electrones, en lugar de depender únicamente de su carga, puede proporcionar una solución en el futuro.
La construcción de un nuevo semiconductor magnético utilizando materiales bidimensionales, es decir, de dos átomos de espesor, permitirá el desarrollo de un transistor para controlar la electricidad con el control del giro de un electrón, ya sea hacia arriba o hacia abajo, mientras todo el dispositivosigue siendo ligero, flexible y transparente.
Utilizando un método llamado dopaje por sustitución in situ, Yang y su equipo sintetizaron con éxito un semiconductor magnético mediante el cual un cristal de disulfuro de molibdeno se dopa por sustitución con átomos de hierro aislados. Durante este proceso, los átomos de hierro inician algunos de los átomos de molibdeno y toman sucoloque, en el lugar exacto, creando un material magnético transparente y flexible, de nuevo, de solo dos átomos de espesor. Se encuentra que el material permanece magnetizado a temperatura ambiente y, dado que es un semiconductor, puede integrarse directamente en el material existente.arquitectura de dispositivos electrónicos en el futuro.
Yang y su equipo en Stevens trabajaron con varias instituciones para obtener imágenes del material, átomo por átomo, para demostrar que los átomos de hierro tomaron el lugar de algunos de los átomos de molibdeno. Estas instituciones incluyeron la Universidad de Rochester, el Instituto Politécnico Rensselaer, Brookhaven National Laboratory y Columbia University.
"Para hacer algo grandioso en ciencia, necesitas que otros colaboren contigo", dijo Shichen Fu, un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en Stevens. "Esta vez, reunimos a todas las personas adecuadas,laboratorios con diferentes puntos fuertes y perspectivas diferentes, para que esto suceda "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología Stevens . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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