Combinando grafeno con otro material bidimensional, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han creado un prototipo de un dispositivo similar a un transistor para las computadoras del futuro, basado en lo que se conoce como espintrónica. Girar como portador de información puede dar como resultado dispositivos electrónicos que son significativamente más rápidos y más eficientes energéticamente. También puede dar lugar a componentes más versátiles capaces de calcular y almacenar datos. El descubrimiento se publica en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .

Hace poco más de dos años, el mismo grupo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers demostró que el grafeno, que es un excelente conductor eléctrico, también tiene propiedades espintrónicas insuperables.

La malla de carbono superdelgada demostró ser capaz de transportar electrones con giro coordinado a distancias más largas y preservar el giro durante más tiempo que cualquier otro material conocido a temperatura ambiente.

Aunque la distancia todavía está en la escala de unos pocos micrómetros y el tiempo todavía se mide en nanosegundos, esto en principio abrió la puerta a la posibilidad de utilizar espín en componentes microelectrónicos.

"Pero, no basta con tener una buena autopista para que circule la señal de giro. También necesita semáforos para poder controlar la señal, "dice el profesor asociado Saroj Dash, líder del grupo de investigación.

"Nuestro nuevo desafío se convirtió en encontrar un material que pueda transmitir y controlar el giro. Es difícil, Dado que ambas tareas normalmente requieren propiedades de material completamente opuestas, " el explica.

Como muchos otros investigadores en el campo caliente del grafeno, Por lo tanto, los investigadores de Chalmers optaron por probar una combinación de grafeno y otra delgada, el llamado material bidimensional, con propiedades espintrónicas contrastantes.

"Nuestro material de elección fue el bisulfuro de molibdeno, MoS2, debido a su baja vida útil gracias al acoplamiento de órbita de alto giro, "afirma André Dankert, investigador postdoctorado en el grupo.

André Dankert y Saroj Dash diseñaron un experimento en el que se colocaron unas pocas capas de bisulfuro de molibdeno encima de una capa de grafeno en un tipo de sándwich. denominada heteroestructura. Con este, podrían identificar en detalle qué sucede con la señal de espín cuando la corriente de electrones alcanza la heteroestructura:

"Primeramente, la magnitud de la señal de giro y el tiempo de vida en el grafeno se reduce diez veces simplemente a través del estrecho contacto con el bisulfuro de molibdeno. Pero, también mostramos cómo se puede controlar la señal y la vida útil aplicando voltaje de puerta eléctrica a través de la heteroestructura, "explica Saroj Dash.

Esto se debe a que la barrera de energía natural que existe entre las capas de material, llamada la barrera de Schottky, se reduce cuando se aplica el voltaje eléctrico. Con este, los electrones pueden hacer un túnel de forma mecánica cuántica desde el grafeno hasta el bisulfuro de molibdeno. Esto hace que desaparezca la polarización de espín; el giro se distribuye aleatoriamente.

Abrir o cerrar una "válvula" de esta manera regulando un voltaje es similar a cómo funciona un transistor en la electrónica convencional. Sin embargo, Saroj Dash duda un poco en llamar transistor de giro al dispositivo.

"Cuando los investigadores propusieron sobre futuros transistores de espín, a menudo imaginaban algo basado en la tecnología de semiconductores y la denominada manipulación coherente del espín de los electrones. Lo que hemos hecho funciona de una manera completamente diferente, pero realiza una tarea de cambio similar, " él dice.

"Esta es la primera vez que alguien ha podido demostrar que el control de compuerta de la corriente de giro y la vida útil del giro funciona a temperatura ambiente, lo que naturalmente aumenta las posibilidades para diferentes aplicaciones en el futuro, "dice Saroj Dash.

Aunque es demasiado pronto para predecir cuáles serían, Dash señala que un componente basado en este principio podría ser extremadamente versátil porque contiene elementos de memoria magnética, semiconductores y grafeno, además de tener la capacidad de realizar conmutaciones espintrónicas.

"Apunta a un componente multifuncional que puede manejar tanto el almacenamiento de datos como el trabajo del procesador, en una sola unidad".

Hechos:bisulfuro de molibdeno, MoS2

El disulfuro de molibdeno es una sustancia semiconductora con la que muchos han estado en contacto. ya que es el ingrediente activo de cierto tipo de lubricante que se vende en su estación de servicio local.

Con su estructura en capas, El disulfuro de molibdeno tiene similitudes con el grafito, que se compone de varias capas de grafeno que se unen. Sin embargo, cuando se trata de espintrónica, los materiales son opuestos entre sí. El disulfuro de molibdeno no permite que pase ninguna corriente de electrones polarizados. La señal de giro se encuentra con una muerte súbita ya que los electrones vuelven rápidamente a su estado natural, mezcla aleatoria de up-spin y down-spin.

Hechos:Spin y espintrónica

El giro es una propiedad de la mecánica cuántica de los electrones y otras partículas elementales. El giro se dirige hacia arriba o hacia abajo. La distribución es normalmente aleatoria.

Pero, a veces, todos o la mayoría de los electrones de un material tienen su espín orientado en la misma dirección, hacia arriba o hacia abajo. Así es como ocurre el magnetismo.

Con la ayuda de imanes, una corriente de electrones se puede homogeneizar, es decir, polarizar, de modo que todos los electrones tengan un giro ascendente, por ejemplo. Entonces se dice que la corriente lleva una señal de giro.

El giro coordinado es sensible a las interrupciones y se puede perder fácilmente. pero el grafeno ha demostrado ser un conductor que permite que una corriente viaje inusualmente largo con su giro intacto. El tiempo suficiente para poder utilizar el giro como portador de información en componentes lógicos futuros:la espintrónica.