Un nuevo método de microscopía desarrollado por un equipo dirigido por ORNL tiene cuatro puntas de sondeo móviles, es sensible al giro de los electrones en movimiento y produce resultados de alta resolución. Usando este enfoque, observaron el comportamiento de espín de los electrones en la superficie de un material cuántico. Crédito:Saban Hus y An-Ping Li / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
Un nuevo método que mide con precisión el comportamiento misterioso y las propiedades magnéticas de los electrones que fluyen a través de la superficie de los materiales cuánticos podría abrir un camino hacia la electrónica de próxima generación.
Se encuentra en el corazón de los dispositivos electrónicos, Los semiconductores basados en silicio dependen de la corriente eléctrica controlada responsable de alimentar la electrónica. Estos semiconductores solo pueden acceder a la carga de energía de los electrones, pero los electrones hacen más que transportar una carga. También tienen un momento angular intrínseco conocido como espín, que es una característica de los materiales cuánticos que, aunque escurridizo, se puede manipular para mejorar los dispositivos electrónicos.
Un equipo de científicos dirigido por An-Ping Li en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía, ha desarrollado una innovadora técnica de microscopía para detectar el espín de los electrones en aislantes topológicos, un nuevo tipo de material cuántico que podría usarse en aplicaciones como la espintrónica y la computación cuántica.
"La corriente de giro, a saber, el momento angular total de los electrones en movimiento, es un comportamiento en aisladores topológicos que no se pudo explicar hasta que se desarrolló un método sensible al giro, "Dijo Li.
Los dispositivos electrónicos continúan evolucionando rápidamente y requieren más potencia empaquetada en componentes más pequeños. Esto genera la necesidad de menos costosos, Alternativas energéticamente eficientes a la electrónica de carga. Un aislante topológico transporta corriente eléctrica a lo largo de su superficie, mientras más profundo dentro del material a granel, actúa como aislante. Los electrones que fluyen a través de la superficie del material exhiben direcciones de giro uniformes, a diferencia de un semiconductor donde los electrones giran en distintas direcciones.
Un equipo dirigido por ORNL detectó y midió con éxito un voltaje creado como electrones, exhibiendo un comportamiento peculiar de las partículas llamado corriente de espín, movido a través de la superficie de un material cuántico. Crédito:Saban Hus y An-Ping Li / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
"Los dispositivos basados en carga son menos eficientes energéticamente que los basados en espín, "dijo Li." Para que los giros sean útiles, necesitamos controlar tanto su flujo como su orientación ".
Para detectar y comprender mejor este peculiar comportamiento de las partículas, el equipo necesitaba un método sensible al giro de los electrones en movimiento. Su nuevo enfoque de microscopía se probó en un solo cristal de Bi 2 Te 2 Se, un material que contiene bismuto, telurio y selenio. Midió cuánto voltaje se produjo a lo largo de la superficie del material a medida que el flujo de electrones se movía entre puntos específicos mientras detectaba el voltaje para el giro de cada electrón.
El nuevo método se basa en un microscopio de túnel de barrido de cuatro sondas, un instrumento que puede señalar la actividad atómica de un material con cuatro puntas de sondeo móviles, agregando un componente para observar el comportamiento de espín de los electrones en la superficie del material. Este enfoque no solo incluye mediciones de sensibilidad al giro. También limita la corriente a un área pequeña en la superficie, que ayuda a evitar que los electrones se escapen debajo de la superficie, proporcionando resultados de alta resolución.
"Detectamos con éxito un voltaje generado por la corriente de espín del electrón, "dijo Li, quien fue coautor de un artículo publicado por Cartas de revisión física eso explica el método. "Este trabajo proporciona una clara evidencia de la corriente de espín en los aislantes topológicos y abre una nueva vía para estudiar otros materiales cuánticos que, en última instancia, podrían aplicarse en dispositivos electrónicos de próxima generación".
