En el mundo de la electrónica, donde la búsqueda es siempre para unidades más pequeñas y más rápidas con una duración de batería infinita, Los aislantes topológicos (TI) tienen un potencial tentador.

En un artículo que se publicará en Avances de la ciencia en junio, Jing Shi, profesor de física y astronomía en la Universidad de California, Orilla, y sus colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad Estatal de Arizona informan que han creado una película de TI de solo 25 átomos de espesor que se adhiere a una película magnética aislante, creando una "heteroestructura". Esta heteroestructura hace que las superficies de TI sean magnéticas a temperatura ambiente y superiores, por encima de 400 Kelvin o más de 720 grados Fahrenheit.

Las superficies de TI tienen solo unos pocos átomos de espesor y necesitan poca energía para conducir la electricidad. Si las superficies de TI se hacen magnéticas, la corriente solo fluye a lo largo de los bordes de los dispositivos, requiriendo aún menos energía. Gracias a este llamado efecto Hall anómalo cuántico, o QAHE, un dispositivo de TI puede ser pequeño y sus baterías de larga duración, Dijo Shi.

A los ingenieros les encanta QAHE porque hace que los dispositivos sean muy robustos, es decir, lo suficientemente cordial como para hacer frente a defectos o errores, de modo que una aplicación defectuosa, por ejemplo, no bloquea un sistema operativo completo.

Los aislantes topológicos son los únicos materiales en este momento que pueden lograr el codiciado QAHE, pero solo después de que estén magnetizados, y ahí radica el problema:las superficies de TI no son naturalmente magnéticas.

Los científicos han podido lograr el magnetismo en TI mediante el dopaje, es decir, introducir impurezas magnéticas en el material, lo que también lo hizo menos estable, Dijo Shi. El dopaje permitió que las superficies de TI demostraran QAHE, pero solo a temperaturas extremadamente bajas:unas pocas centésimas de grado en Kelvin por encima del cero absoluto, o alrededor de 459 grados bajo cero Fahrenheit — no es exactamente propicio para un uso popular generalizado.

Muchos científicos culparon al dopaje por hacer que QAHE ocurra solo a temperaturas muy bajas, Shi dijo, lo que llevó a los investigadores a comenzar a buscar otra técnica para hacer que las superficies de TI sean magnéticas.

Ingrese al laboratorio SHINES (Spins and Heat in Nanoscale Electronic Systems) de la UCR, un centro de investigación de la frontera energética financiado por el Departamento de Energía en la UCR que Shi dirige y se centra en el desarrollo de películas, compuestos y otras formas de recolectar o usar energía de manera más eficiente a partir de nano (piense en algo realmente pequeño, como en tecnología molecular o del tamaño de un átomo).

En 2015, El laboratorio de Shi creó por primera vez heteroestructuras de películas magnéticas y materiales de grafeno de un átomo de espesor mediante el uso de una técnica llamada epitaxia de rayo molecular láser. Las mismas películas aislantes magnéticas atómicamente planas son críticas tanto para el grafeno como para los aislantes topológicos.

"Los materiales deben estar en contacto íntimo para que TI adquiera magnetismo, "Dijo Shi." Si la superficie es rugosa, no habrá buen contacto. Somos buenos para hacer esta película magnética atómicamente plana, por lo que no sobresalen átomos adicionales ".

Luego, el laboratorio de la UCR envió los materiales a sus colaboradores en el MIT, que utilizaron epitaxia de haz molecular para construir 25 capas de TI atómicas en la parte superior de las láminas magnéticas, creando las heteroestructuras, que luego se enviaron de vuelta a UCR para la fabricación y las mediciones del dispositivo.

Se necesita más investigación para que TI muestre el efecto Hall anómalo cuántico (QAHE) a altas temperaturas, y luego hacer que los materiales estén disponibles para la miniaturización en electrónica, Shi dijo, pero los hallazgos del laboratorio SHINES muestran que al adoptar el enfoque de heteroestructuras, Las superficies de TI pueden hacerse magnéticas y robustas a temperaturas normales.

Haciendo más pequeño, Los dispositivos más rápidos funcionan con el mismo nivel de eficiencia o más alto que sus dispositivos más grandes, predecesores más lentos "no ocurre naturalmente, "Dijo Shi." Los ingenieros trabajan duro para que todos los dispositivos funcionen de la misma manera y se necesita mucha ingeniería para llegar allí ".