Paul Jerger, estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago y Argonne, ajusta la montura que permite a los investigadores rotar y colocar su imán. Crédito:Universidad de Chicago / Jonathan Karsch
Investigadores de la Universidad de Chicago y del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Han desarrollado un nuevo método para medir cómo fluyen las fotocorriente en un material 2-D, un resultado que podría tener implicaciones para el desarrollo de sensores cuánticos y electrónica de próxima generación.
Mediante el uso de sensores cuánticos para visualizar el campo magnético en disulfuro de molibdeno extremadamente delgado (MoS 2 ), Un material de solo tres átomos de espesor, el equipo descubrió cómo las fotocorriente (corrientes eléctricas inducidas por la luz) fluían en el material; en este caso, asombrosamente, en un vórtice alrededor del láser. Este método ultrasensible de medir tales corrientes en un material bidimensional, que es una sustancia con un grosor de unos pocos nanómetros o menos, ayudará a los investigadores a comprender mejor el material con la esperanza de usarlo eventualmente para crear componentes electrónicos flexibles y células solares. Los resultados fueron publicados el 6 de enero en la revista Revisión física X .
"La capacidad de observar el comportamiento electrónico que es invisible para las mediciones tradicionales abre nuevas vías para el estudio científico, y, en última instancia, nos ayuda a diseñar tecnologías cuánticas eficientes, "dijo el investigador principal David Awschalom, Profesor de Ingeniería Molecular de la Familia Liew, científico senior del Laboratorio Nacional Argonne, y director del Chicago Quantum Exchange. "Esta técnica de medición sensible nos permite explorar fenómenos a escala atómica y desarrollar nuevos dispositivos para la comunicación y la detección cuántica.
Medición de corrientes en materiales extremadamente delgados
Para realizar la medida, Awschalom y el equipo colocaron MoS 2 en un centro de vacantes de nitrógeno, que es un defecto en un diamante donde un átomo de nitrógeno se encuentra junto a un sitio vacío en la red del diamante. Estos puntos se pueden utilizar para estudiar fenómenos de espín electrónico y nuclear.
Luego, el equipo iluminó el material con un láser rojo para ver si podían detectar alteraciones magnéticas temporales (que supusieron que podría causar el láser). Pero en lugar de perturbaciones magnéticas, detectaron fuertes fotocorrientes, que puede resultar cuando la luz incide sobre un material. Estas fotocorrientes producen campos magnéticos a medida que fluyen. Las fotocorrientes son la base de la tecnología en cámaras digitales, células solares, y redes de fibra óptica.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir las fotocorrientes viajando en un vórtice alrededor del láser, una forma que sería imposible de detectar con otras técnicas.
Métodos tradicionales para medir cómo fluyen las fotocorrientes a través de MoS 2 son difíciles de realizar y, a menudo, incorrectos. Comprender este fenómeno es importante para desarrollar componentes electrónicos potencialmente flexibles y transparentes de MoS 2 y otros materiales 2-D.
"Estamos mucho más felices de haber encontrado fotocorrientes en lugar de las perturbaciones magnéticas que estábamos buscando, "dijo Paul Jerger, un estudiante de posgrado en el laboratorio UChicago de Awschalom y en Argonne, quien realizó la investigación con el ex becario postdoctoral Brian Zhou, que ahora está en Boston College. "Comprender las fotocorrientes nos ayudará a comprender mejor las propiedades eléctricas de materiales como este, con la esperanza de utilizarlos para dispositivos electrónicos como cámaras digitales o células solares ".
Creando dispositivos cuánticos más compactos
El hallazgo podría allanar el camino para mejores configuraciones experimentales en el laboratorio, donde los centros de vacantes de nitrógeno se utilizan para realizar operaciones cuánticas. También será útil para comprender cómo se generan y propagan las fotocorrientes, que podría permitir a los investigadores utilizar materiales delgados para cámaras digitales, células solares, o incluso campos magnéticos bajo demanda que no requieren cables eléctricos.
A continuación, el equipo espera adaptar el proceso para medir las fotocorrientes a temperatura ambiente, e intentar aplicar esta técnica para medir fotocorrientes en otros materiales delgados, como el grafeno.
"A medida que sintetizamos materiales cuánticos de la más alta calidad, idealmente queremos medirlos sin hacer conexiones eléctricas disruptivas, "dijo Jiwoong Park, profesor de química en UChicago y designado conjunto en Argonne, cuyo grupo creó el MoS 2 utilizado en el estudio. "Esta nueva técnica nos permite hacer eso, allanando el camino para desarrollar nuevos materiales cuánticos en procesos a escala industrial ".
