Mezcla de un cóctel de topología y magnetismo para la electrónica del futuro

Unión de aislantes topológicos con materiales magnéticos para una electrónica energéticamente eficiente

• Fecha : 5 de agosto de 2021
• Fuente : Centro de excelencia ARC en tecnologías futuras de electrónica de bajo consumo energético
• Resumen : Una nueva revisión destaca las heteroestructuras de aislantes topológicos y materiales magnéticos, donde la interacción del magnetismo y la topología puede dar lugar a fenómenos cuánticos exóticos que son bloques de construcción prometedores para la electrónica futura de baja potencia. Siempre que se encuentren materiales candidatos adecuados,un 'cóctel' de física topológica y magnetismo podría producir estos estados clave a temperatura ambiente y sin ningún campo magnético, lo que los convierte en una alternativa viable de energía ultrabaja a la electrónica CMOS actual.

Una nueva revisión de Monash destaca la investigación reciente en heteroestructuras de aislantes topológicos y materiales magnéticos.

En tales heteroestructuras, la interesante interacción del magnetismo y la topología puede dar lugar a nuevos fenómenos como los aisladores de Hall anómalos cuánticos, los aisladores de axiones y los skyrmions. Todos estos son pilares prometedores para la futura electrónica de baja potencia.

Siempre que se encuentren materiales candidatos adecuados, existe la posibilidad de realizar estos estados exóticos a temperatura ambiente y sin ningún campo magnético, lo que ayuda a FLEET en la búsqueda de electrónica futura de baja energía, más allá de CMOS.

"Nuestro objetivo era investigar nuevos métodos prometedores para lograr el efecto Hall cuántico", dice el autor principal del nuevo estudio, el Dr. Semonti Bhattacharyya de la Universidad de Monash.

El efecto Hall cuántico QHE es un fenómeno topológico que permite que los electrones de alta velocidad fluyan en el borde de un material, lo que es potencialmente útil para la electrónica y la espintrónica de baja energía del futuro.

"Sin embargo, un cuello de botella severo para que esta tecnología sea útil es el hecho de que el efecto Hall cuántico siempre requiere campos magnéticos altos, que no son posibles sin un uso de alta energía o enfriamiento criogénico".

"No tiene sentido desarrollar productos electrónicos de 'baja energía' que consuman más ¡energía para hacer que funcionen! ", Dice el Dr. Bhattacharyya, que es investigador en FLEET y busca una nueva generación de productos electrónicos de baja energía.

Sin embargo, un 'cóctel' de física topológica y magnetismo puede hacer posible lograr un efecto similar, el efecto Hall anómalo cuántico, donde aparecen estados de borde similares sin aplicar un campo magnético externo.

Se han seguido varias estrategias para inducir magnetismo en aisladores topológicos :

1. incorporando impurezas magnéticas
2. mediante el uso de aisladores topológicos intrínsecamente magnéticos
3. induciendo magnetismo a través de un efecto de proximidad en heteroestructuras topológicas aislante-aislante magnético.

"En nuestra revisión, nos centramos en la investigación científica reciente sobre heteroestructuras en el tercer enfoque", dice el coautor Dr. Golrokh Akhgar FLEET / Monash. Es decir, una estructura única que incorpora capas de película delgada de aislantes topológicos y magnéticosmateriales adyacentes entre sí, lo que permite que el aislante topológico tome prestadas propiedades magnéticas de su vecino.

Este enfoque permite a los investigadores ajustar cada tipo de material, por ejemplo, aumentando la temperatura crítica del material magnético y aumentando la banda prohibida y disminuyendo los estados de defecto en materiales topológicos.

"Creemos que este enfoque para inducir magnetismo en aisladores topológicos es el más prometedor para futuros avances, porque el magnetismo y la topología se pueden ajustar individualmente en dos materiales diferentes, optimizando así ambos en nuestro beneficio", dice el coautor Matt Gebert FLOTA / Monash.

Otra característica importante de esta heteroestructura es que el magnetismo inducido solo depende de los momentos magnéticos del plano más cercano dentro del material magnético, por lo tanto, los materiales magnéticos no tienen que ser ferromagnetos; también se pueden usar ferrimagnetos o antiferromagnetos.aumenta la cantidad de materiales magnéticos candidatos, lo que permite la elección de materiales con magnetismo a temperaturas más altas, para un funcionamiento más cercano a la temperatura ambiente.

"Este es un nuevo y emocionante campo de investigación", dice el autor correspondiente, el profesor Michael Fuhrer, también de la Universidad de Monash.

"El progreso está sucediendo extremadamente rápido, y sentimos que era hora de un artículo de revisión que resuma los logros recientes y describa una hoja de ruta futura de este campo", dice el profesor Fuhrer, quien es director de FLEET.

Esta revisión proporciona toda la información necesaria para introducir nuevos investigadores en el campo. Explica las ideas conceptuales detrás de los mecanismos del efecto de proximidad magnética en aislantes topológicos, presenta los sistemas de materiales que se han explorado y los diversos fenómenos emergentes que se han detectado., y describe una hoja de ruta futura para aumentar la temperatura y las aplicaciones innovadoras.

"Esperamos que a otros les resulte una revisión oportuna que aclare los conceptos importantes del campo y las publicaciones recientes", dice Semonti.

Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en tecnologías futuras de electrónica de bajo consumo energético . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.

Referencia de la revista :

1. Semonti Bhattacharyya, Golrokh Akhgar, Matthew Gebert, Julie Karel, Mark T. Edmonds, Michael S. Fuhrer. Progreso reciente en el acoplamiento de proximidad del magnetismo a los aislantes topológicos . Materiales avanzados , 2021; 2007795 DOI: 10.1002 / adma.202007795