Más rápido, El almacenamiento de datos y los sistemas lógicos informáticos más eficientes podrían estar en el horizonte gracias a una nueva forma de ajustar los niveles de energía electrónica en películas bidimensionales de cristal. descubierto por investigadores del MIT.

En última instancia, el descubrimiento podría allanar el camino para el desarrollo de los llamados dispositivos "valleytronic", que aprovechan la forma en que los electrones se reúnen alrededor de dos estados de energía iguales, conocido como valles.

Los ingenieros han advertido durante algún tiempo que estamos llegando al límite de lo pequeños que podemos construir transistores electrónicos convencionales. que se basan en la carga eléctrica de los electrones.

Como resultado, Los investigadores han estado investigando la utilidad de una propiedad de los electrones conocida como espín, para almacenar y manipular datos; estas tecnologías se conocen como espintrónica.

Pero además de su carga y giro, los electrones en los materiales también tienen otro "grado de libertad, "conocido como el índice de valle. Esto se llama así porque al trazar la energía de los electrones en relación con su cantidad de movimiento, se obtiene un gráfico que consta de una curva con dos valles, que están poblados por electrones a medida que se mueven a través de un material.

Aprovechar este grado de libertad podría permitir que la información se almacene y procese en algunos materiales al poblar selectivamente los dos valles con electrones.

Sin embargo, El desarrollo de tales dispositivos valleytronic requiere un sistema para controlar selectivamente los electrones dentro de los dos valles, que hasta ahora ha resultado muy difícil de lograr.

Ahora, en un artículo publicado hoy en la revista Ciencias , investigadores dirigidos por Nuh Gedik, profesor asociado de física en el MIT, describir una nueva forma de usar la luz láser para controlar los electrones en ambos valles de forma independiente, dentro de cristales atómicamente delgados de disulfuro de tungsteno.

"Los dos valles están exactamente al mismo nivel de energía, que no es necesariamente lo mejor para las aplicaciones porque desea poder ajustarlas, para cambiar la energía ligeramente para que los electrones se muevan [desde el estado de mayor] al de menor energía, "Dice Gedik.

Aunque esto se puede lograr aplicando un campo magnético, Incluso los imanes de laboratorio muy potentes con una fuerza de 10 tesla solo son capaces de cambiar el nivel de energía del valle en alrededor de 2 milielectronvoltios (meV).

Los investigadores han demostrado previamente que al dirigir un pulso láser ultrarrápido, sintonizado a una frecuencia muy ligeramente por debajo de la resonancia del material, pudieron cambiar la energía de uno de los valles a través de un efecto llamado "efecto óptico Stark, “dejando el otro valle prácticamente sin cambios. De esta manera, pudieron lograr un cambio en el nivel de energía de hasta 20 meV.

"La luz y los electrones dentro del material forman un tipo de estado híbrido, lo que ayuda a impulsar los niveles de energía, "Dice Gedik.

En el último experimento, los investigadores descubrieron que al sintonizar la frecuencia del láser incluso más por debajo de la resonancia, y aumentando su intensidad, pudieron cambiar simultáneamente los niveles de energía de ambos valles y revelar un fenómeno físico muy raro.

Mientras que un valle todavía cambia como resultado del cambio óptico Stark como antes, el otro valle cambia a través de un mecanismo diferente, conocido como el "turno Bloch-Siegert, "según el estudiante de doctorado en física del MIT Edbert Jarvis Sie, el autor principal del artículo.

Aunque el cambio Bloch-Siegert se predijo por primera vez en 1940, y poco después ayudó a inspirar a Willis Lamb a su descubrimiento ganador del Premio Nobel de 1955 del cambio de Lamb en los átomos de hidrógeno, ha sido un desafío considerable observarlo experimentalmente en sólidos.

En efecto, aparte de los llamados átomos artificiales, el nuevo mecanismo nunca se ha observado en sólidos hasta ahora, porque los cambios resultantes fueron demasiado pequeños, Sie dice. El experimento realizado en el laboratorio Gedik produjo un cambio Bloch-Siegert de 10 meV, que es 1, 000 veces más grande que el visto anteriormente.

Y lo que es más, los dos efectos, el cambio Bloch-Siegert y el cambio óptico Stark, han tendido anteriormente a tener lugar en la misma transición óptica, lo que significa que los investigadores han tenido dificultades para desenredar los dos mecanismos, Sie dice.

"En nuestro trabajo podemos desenredar los dos mecanismos de forma muy natural, porque mientras un valle exhibe el cambio óptico Stark, el otro valle exhibe el cambio Bloch-Siegert, "Sie dice." Esto puede funcionar muy bien en este material porque los dos mecanismos tienen una relación similar con los dos valles. Están relacionados por lo que se llama simetría de inversión del tiempo ".

Esto debería permitir un mejor control sobre las propiedades valleytronic en materiales bidimensionales, Dice Nuh. "Podría darte más libertad para ajustar los valles electrónicos, " él dice.