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(noticias nanowerk) A medida que los dispositivos electrónicos modernos superan los límites de la Ley de Moore y la disipación de energía sigue siendo un desafío en el diseño de circuitos integrados, existe la necesidad de explorar tecnologías alternativas más allá de la electrónica tradicional. La espintrónica representa uno de esos enfoques que podría resolver estos problemas y ofrecer la posibilidad de realizar dispositivos de menor potencia.
Una colaboración entre grupos de investigación dirigidos por el profesor Barbaros ÖZYILMAZ y el profesor asistente Ahmet AVSAR, ambos afiliados al Departamento de Física y al Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), ha logrado recientemente un avance significativo al descubrir Naturaleza del transporte de espín anisotrópico del fósforo negro bidimensional.
Sus resultados fueron publicados en la revista. Materiales naturales (“Transporte de espín altamente anisotrópico en fósforo negro ultrafino”).
A diferencia del movimiento de carga tradicional en los dispositivos electrónicos, la espintrónica se centra en dispositivos innovadores que manipulan la propiedad intrínseca de los electrones conocida como «espín». De manera similar a las cargas de los electrones, el espín les da a los electrones una propiedad rotacional, como si estuvieran girando alrededor de un eje, lo que hace que se comporten como pequeños imanes que tienen tamaño y dirección. El espín del electrón puede existir en uno de dos estados, llamados espín “arriba” o espín “abajo”. Esto es análogo a girar en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj.
Mientras que los dispositivos electrónicos convencionales mueven cargas en el circuito, la espintrónica manipula el espín del electrón. Esto es importante porque el movimiento de cargas eléctricas en los circuitos tradicionales inevitablemente da como resultado que se pierda algo de energía en forma de calor, mientras que el movimiento del espín no disipa tanto calor. Esta característica podría potencialmente permitir el funcionamiento de dispositivos de menor rendimiento.
Los investigadores están particularmente interesados en utilizar materiales en el límite atómicamente delgado para estudiar las propiedades de los «canales» de espín que, como los cables, pueden facilitar el transporte de espines.
Al enfatizar la importancia de la selección de materiales en los dispositivos espintrónicos, el profesor Özyilmaz dijo: «Seleccionar el material correcto es de suma importancia en la espintrónica». Los materiales de canal de espín funcionales y de alto rendimiento forman la columna vertebral de los dispositivos espintrónicos y nos permiten manipular y controlar los espines. para diversas aplicaciones de dirección.»
El fósforo negro es uno de esos materiales emergentes que está atrayendo la atención por sus favorables propiedades espintrónicas. El fósforo negro tiene una estructura cristalina ondulada única y esto significa que el comportamiento de sus espines también depende de su dirección.
El profesor Avsar dijo: «El fósforo negro presenta un transporte de espín altamente anisotrópico, que se desvía del comportamiento isotrópico normal de los materiales de canales de espín convencionales. Su estructura cristalina imparte propiedades direccionales al transporte de espín y ofrece nuevas posibilidades para controlar dispositivos espintrónicos».
Los investigadores fabricaron válvulas de giro ultrafinas a base de fósforo negro encapsuladas entre capas hexagonales de nitruro de boro. La anisotropía del transporte de espín se estudió inyectando espines en el fósforo negro en un extremo del dispositivo y midiendo la señal de espín en el otro extremo cambiando la dirección de la corriente de espín. Las mediciones se tomaron mientras se aplicaba un fuerte campo magnético perpendicular a la capa de fósforo negro y se compararon con mediciones cuando se aplicó un campo magnético débil.
Los investigadores observaron que la aplicación de un fuerte campo magnético daba como resultado un gran aumento en la señal de espín. Este efecto es causado por la estructura cristalina ondulada, ya que el fuerte campo magnético obliga a los espines a sobresalir del plano del material, cambiando su interacción con el medio ambiente y extendiendo su vida útil en un factor de seis.
Este estudio también revela que el fósforo negro ultrafino exhibe vidas de giro de nanosegundos eléctricamente sintonizables utilizando una puerta trasera. La excepcional anisotropía del espín, junto con la capacidad de modular eléctricamente el transporte del espín, permite el desarrollo de nuevos dispositivos que no solo están controlados por el estado binario del espín (arriba o abajo), sino que también explotan la anisotropía del espín para lograr el control direccional. Esto posiciona al fósforo negro como una plataforma única para una manipulación superior de los espines, un avance clave en el campo de la espintrónica.
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