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(noticias nanowerk) Un estudio que muestra cómo los electrones fluyen alrededor de curvas cerradas, como las que se encuentran en los circuitos integrados, tiene el potencial de mejorar el diseño de estos circuitos, que se utilizan comúnmente en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.
Se sabe teóricamente desde hace unos 80 años que los electrones tienden a calentarse cuando se mueven en curvas porque sus líneas de flujo están comprimidas localmente. Sin embargo, hasta ahora nadie había medido el calor, por lo que primero es necesario obtener imágenes de las líneas de flujo.
![lámina eléctrica](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63661_1.jpg)
El equipo de investigación, dirigido por Nathaniel M. Gabor de la Universidad de California, Riverside, obtuvo imágenes de líneas de corriente eléctrica mediante el diseño de un «electrofoil», un nuevo tipo de dispositivo que permite la distorsión, compresión y expansión de líneas de corriente eléctrica de la misma manera. , las alas de los aviones se deforman, comprimen y expanden el flujo de aire.
«La carga eléctrica se mueve de manera similar a cómo fluye el aire a través de la superficie del ala de un avión», dijo Gabor, profesor de física y astronomía. «Si bien es fácil imaginar el flujo de aire en términos de, por ejemplo, flujos de humo o vapor en un túnel de viento, como se ve a menudo en los anuncios de automóviles, es mucho más difícil imaginar las líneas de corriente de las corrientes eléctricas».
Gabor dijo que el equipo combinó imágenes láser con novedosos dispositivos sensibles a la luz para crear las primeras imágenes de corrientes fotocorrientes a través de un dispositivo en funcionamiento. Una fotocorriente es una corriente eléctrica inducida por la acción de la luz.
«Si sabes cómo fluyen los electrones, puedes evitar que tengan efectos nocivos, como calentar el circuito», dijo Gabor. «Nuestra técnica ahora permite evaluar con precisión dónde y cómo fluyen los electrones, lo que nos brinda una poderosa herramienta para visualizar, caracterizar y medir el flujo de carga en dispositivos optoelectrónicos».
Los resultados del estudio aparecen en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (“Mapeo de las corrientes de fotocorriente intrínsecas mediante dispositivos de heteroestructura micromagnética”).
Gabor explicó que los electrones se calientan a medida que ganan energía cinética. En última instancia, calientan el material que los rodea, como los cables, que corren el riesgo de derretirse.
«Cuando tienes un pico de calor en tu computadora, tus circuitos comienzan a morir», dijo. “Por eso nuestras computadoras se apagan cuando se sobrecalientan. Se utiliza para proteger circuitos que podrían dañarse debido a la disipación de calor en los metales”.
El equipo de Gabor diseñó los electrofoils en el laboratorio como pequeñas formas de alas en dispositivos a nanoescala que permiten que los electrones fluyan a su alrededor, de manera similar a cómo las moléculas de aire fluyen alrededor del ala de un avión.
«Queríamos una forma que nos permitiera rotar a diferentes velocidades, algo con una curvatura continua», dijo Gabor. “Nos inspiramos en las alas de los aviones, que tienen una curvatura gradual. Forzamos la corriente a fluir alrededor del electrofoil, lo que proporciona diferentes ángulos de vuelo. Cuanto más agudo sea el ángulo, mayor será la compresión de las líneas de corriente. Cada vez en más materiales descubrimos que los electrones se comportan como líquidos. Entonces, en lugar de diseñar dispositivos basados en resistencia eléctrica, por ejemplo, podemos adoptar un enfoque que tenga en cuenta la instalación y diseñar tuberías a través de las cuales puedan fluir los electrones”.
En sus experimentos, Gabor y sus colegas utilizaron un método de microscopía que utiliza un campo magnético giratorio uniforme para obtener imágenes de líneas de fotocorriente a través de dispositivos ultrafinos hechos de una capa de platino sobre granate de hierro ytrio (YIG). YIG es un aislante, pero permite un efecto de campo magnético cuando se le pega una fina capa de platino.
«El efecto del campo magnético sólo aparece en la interfaz de este cristal de granate y platino», dijo Gabor. «Si puedes controlar el campo magnético, puedes controlar la corriente».
Para generar una fotocorriente en la dirección deseada, los investigadores apuntaron un rayo láser a YIG, sirviendo el láser como fuente de calor local. Un efecto conocido como “efecto foto-Nernst” produce la fotocorriente, cuya dirección está controlada por el campo magnético externo.
![Corrientes de corriente electrónica.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63661_2.jpg)
«La obtención de imágenes directas para rastrear las corrientes de fotocorriente en dispositivos optoelectrónicos cuánticos sigue siendo un desafío clave para comprender el comportamiento de dispositivos exóticos», dijo Gabor. “Nuestros experimentos muestran que la microscopía aerodinámica de fotocorriente es una nueva herramienta experimental sólida para visualizar una fotocorriente en materiales cuánticos. Esta herramienta nos ayuda a estudiar cómo se comportan mal los electrones”.
Gabor explicó que es bien sabido que los electrones se comportan de forma “extraña” en determinadas condiciones, especialmente en dispositivos muy pequeños.
«Nuestra tecnología ahora se puede utilizar para estudiarlos mejor», afirmó. “Si estuviera intentando diseñar un circuito integrado y quisiera saber dónde se podría generar calor en él, me gustaría saber dónde se comprimen las líneas de flujo de corriente. Nuestra técnica puede ayudar a diseñar circuitos y estimar qué evitar y sugiere que no debe haber curvas pronunciadas en los cables. Los cables deben doblarse gradualmente. Pero ese no es el estado actual de la cuestión”.
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