Materiales cuánticos únicos podrían habilitar computadoras compactas ultrapotentes

En las computadoras, la información se transmite a través de semiconductores por el movimiento de electrones y se almacena en la dirección del espín del electrón en materiales magnéticos. Para reducir el tamaño de los dispositivos y mejorar su rendimiento, un objetivo de un campo emergente llamado espintrónica («espintrónica»), los investigadores están buscando materiales únicos que combinen propiedades cuánticas. Escribiendo en Nature Materials, un equipo de químicos y físicos de la Universidad de Columbia ha encontrado un fuerte vínculo entre el transporte de electrones y el magnetismo en un material llamado bromuro de sulfuro de cromo (CrSBr).

Creado en el laboratorio del químico Xavier Roy, CrSBr es un llamado cristal de van der Waals que se puede pelar en capas 2D apilables que tienen solo unos pocos átomos de espesor. A diferencia de los materiales relacionados que se destruyen rápidamente con el oxígeno y el agua, los cristales de CrSBr son estables en condiciones ambientales. Estos cristales también mantienen propiedades magnéticas a una temperatura relativamente alta de -280 F, obviando la necesidad de costoso helio líquido enfriado a -450 F,

Los colegas Nathan Wilson y Xiaodong Xu de la Universidad de Washington y Xiaoyang Zhou en Columbia dijeron que Evan Telford, investigador postdoctoral en el laboratorio de Roy que recibió un doctorado en física de Columbia en 2020. encontré un enlace Entre el magnetismo y cómo CrSBr responde a la luz. En el presente trabajo, Telford ha liderado los esfuerzos para explorarlo Propiedades electrónicas.

El equipo usó un archivo campo eléctrico Para estudiar las capas de CrSBr a través de diferentes densidades de electrones, campos magnéticos y temperaturas, se pueden modificar diferentes parámetros para producir diferentes efectos en un material. A medida que cambiaron las propiedades electrónicas de CrSBr, también lo hizo su magnetismo.

«Los semiconductores tienen propiedades electrónicas sintonizables. Los imanes tienen configuraciones de espín sintonizables. En CrSBr, estos dos mangos se combinan», dijo Roy. “Esto hace que CrSBr sea atractivo tanto para investigación básica y para posibles aplicaciones de espintrónica. «

Telford explicó que el magnetismo es una propiedad que es difícil de medir directamente, especialmente cuando el tamaño de un material se reduce, pero es fácil medir cómo se mueven los electrones con un parámetro llamado resistencia. En CrSBr, la resistencia puede actuar como representante de estados magnéticos no observables. «Esto es muy poderoso», dijo Roy, especialmente porque los investigadores buscan algún día construir chips de imanes 2D que puedan usarse en Estadísticas Cuantitativas Y para almacenar grandes cantidades de datos en un espacio pequeño.

Telford dijo que el vínculo entre las propiedades electrónicas y magnéticas del material se debió a las imperfecciones en las capas; para el equipo, tuvo suerte. «La gente generalmente quiere el material más limpio posible. Nuestros cristales tienen fallas, pero sin ellas, no nos habríamos dado cuenta de esta combinación».

Desde aquí, el laboratorio de Roy está probando formas de hacer crecer cristales de van der Waals pelables con defectos intencionales, para mejorar la capacidad de ajustar las propiedades del material. También están explorando si las diferentes combinaciones de elementos pueden funcionar a temperaturas más altas mientras conservan estas valiosas propiedades de los agregados.