Un descubrimiento de cómo controlar y transferir electrones giratorios allana el camino para nuevos dispositivos híbridos que podrían superar a la electrónica de semiconductores existente. En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia demuestran cómo combinar un semiconductor de uso común con un aislante topológico, un estado de la materia recientemente descubierto con propiedades eléctricas únicas.

Así como la Tierra gira alrededor de su propio eje, también lo hace un electrón, en sentido horario o antihorario. "Espintrónica" es el nombre que se utiliza para describir tecnologías que explotan tanto el espín como la carga del electrón. Las aplicaciones actuales son limitadas, y la tecnología se utiliza principalmente en discos duros de computadora. La espintrónica promete grandes ventajas sobre la electrónica convencional, incluyendo menor consumo de energía y mayor velocidad.

En términos de conducción eléctrica, Los materiales naturales se clasifican en tres categorías:conductores, semiconductores y aislantes. Los investigadores han descubierto recientemente una fase exótica de la materia conocida como "aislantes topológicos", que es un aislante en el interior, pero un conductor en la superficie. Una de las propiedades más llamativas de los aislantes topológicos es que un electrón debe viajar en una dirección específica a lo largo de la superficie del material, determinada por su dirección de giro. Esta propiedad se conoce como "bloqueo de impulso de giro".

"La superficie de un aislante topológico es como una carretera dividida bien organizada para los electrones, donde los electrones que tienen una dirección de giro viajan en una dirección, mientras que los electrones con la dirección de giro opuesta viajan en la dirección opuesta. Pueden viajar rápido en las direcciones designadas sin chocar y sin perder energía. "dice Yuqing Huang, Estudiante de doctorado en el Departamento de Física, Química y Biología (IFM) en la Universidad de Linköping.

Estas propiedades hacen que los aislantes topológicos sean prometedores para aplicaciones espintrónicas. Sin embargo, una cuestión clave es cómo generar y manipular la corriente de espín de superficie en los aislantes topológicos.

El equipo de investigación detrás del estudio actual ha dado ahora el primer paso hacia la transferencia de electrones orientados al espín entre un aislante topológico y un semiconductor convencional. Generaron electrones con el mismo giro en arseniuro de galio, GaAs, un semiconductor comúnmente utilizado en electrónica. Lograr esto, utilizaron luz polarizada circularmente, en el que el campo eléctrico gira en sentido horario o antihorario cuando se ve en la dirección de desplazamiento de la luz. Los electrones de espín polarizados podrían luego transferirse de GaAs a un aislante topológico, para generar una corriente eléctrica direccional en la superficie. Los investigadores pudieron controlar la orientación del espín de los electrones, y la dirección y la fuerza de la corriente eléctrica en el telururo de bismuto del aislante topológico, Bi2Te3. Según los investigadores, esta flexibilidad no ha estado disponible antes. Todo esto se logró sin aplicar un voltaje eléctrico externo, demostrando el potencial de conversión eficiente de energía lumínica en electricidad. Los hallazgos son importantes para el diseño de nuevos dispositivos espintrónicos que explotan la interacción de la materia con la luz. una tecnología conocida como "opto-espintrónica".

"Combinamos las propiedades ópticas superiores de GaAs con las propiedades eléctricas únicas de un aislante topológico. Esto nos ha dado nuevas ideas para diseñar dispositivos opto-espintrónicos que se pueden utilizar para un almacenamiento de información eficiente y robusto". intercambio, procesamiento y lectura en la tecnología de la información futura, "dice el profesor Weimin Chen, quién ha dirigido el estudio.