Los investigadores de Cornell se han convertido en los primeros en controlar imanes atómicamente delgados con un campo eléctrico, un avance que proporciona un plan para producir un almacenamiento de datos excepcionalmente potente y eficiente en chips de computadora, entre otras aplicaciones.

La investigación se detalla en el documento, "Conmutación de campo eléctrico de imanes de van der Waals bidimensionales, " publicado en Materiales de la naturaleza por Jie Shan, profesor de física aplicada e ingeniería; Kin Fai Mak, profesor asistente de física; y la becaria postdoctoral Shengwei Jiang.

En 1966, El físico de Cornell David Mermin y su postdoctorado Herbert Wagner teorizaron que los imanes 2-D no podrían existir si los giros de sus electrones pudieran apuntar en cualquier dirección. No fue hasta 2017 que se descubrieron algunos de los primeros materiales 2-D con la alineación adecuada de giros, abriendo la puerta a una familia completamente nueva de materiales conocidos como imanes 2-D van der Waals.

Shan y Mak, que se especializan en la investigación de materiales atómicamente delgados, aprovechó la oportunidad para investigar los nuevos imanes y sus características únicas.

"Si es un material a granel, no se puede acceder fácilmente a los átomos del interior, "dijo Mak." Pero si el imán es solo una monocapa, puedes hacerle mucho. Puedes aplicarle un campo eléctrico, poner electrones extra en él, y eso puede modular las propiedades del material ".

Usando una muestra de triyoduro de cromo, el equipo de investigación se propuso hacer precisamente eso. Su objetivo era aplicar una pequeña cantidad de voltaje para crear un campo eléctrico y controlar el magnetismo del compuesto 2-D. dándoles la posibilidad de encenderlo y apagarlo.

Lograr esto, apilaron dos capas atómicas de triyoduro de cromo con dieléctricos y electrodos de puerta atómicamente delgados. Esto creó un dispositivo de efecto de campo que podía cambiar la dirección de giro del electrón en las capas de triyoduro de cromo utilizando pequeños voltajes de puerta, activando la conmutación magnética. El proceso es reversible y repetible a temperaturas por debajo de 57 grados Kelvin.

El descubrimiento es importante para el futuro de la electrónica porque "la mayor parte de la tecnología existente se basa en la conmutación magnética, como en los dispositivos de memoria que registran y almacenan datos, "dijo Shan. Sin embargo, los imanes en la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos no responden a un campo eléctrico. En lugar de, una corriente pasa a través de una bobina, creando un campo magnético que se puede utilizar para encender y apagar el imán. Es un método ineficiente porque la corriente genera calor y consume energía eléctrica.

Los imanes bidimensionales de triyoduro de cromo tienen la ventaja única de que se puede aplicar directamente un campo eléctrico para activar la conmutación. y se requiere muy poca energía.

"El proceso también es muy efectivo porque si tiene un grosor nanométrico y aplica solo un voltio, el campo ya es de 1 voltio por nanómetro. Eso es enorme, "dijo Shan.

El equipo de investigación planea continuar explorando los imanes 2-D y espera formar nuevas colaboraciones en el campus, incluso con científicos e ingenieros que pueden ayudarlos a encontrar nuevos materiales magnéticos 2-D que, a diferencia del triyoduro de cromo, Puede trabajar a temperatura ambiente.

"En un sentido, lo que hemos demostrado aquí es más como un concepto de dispositivo, ", dijo Mak." Cuando encontramos el tipo correcto de material que puede operar a una temperatura más alta, podemos aplicar inmediatamente esta idea a esos materiales. Pero aún no está ahí ".