La velocidad operativa de los semiconductores en varios dispositivos electrónicos y optoelectrónicos está limitada a varios gigahercios (mil millones de oscilaciones por segundo). Esto restringe el límite superior de la velocidad operativa de la computación. Ahora, investigadores del MPSD y el Instituto Indio de Tecnología en Bombay han explicado cómo estos procesos pueden acelerarse mediante el uso de ondas de luz y materiales sólidos defectuosos.

Las ondas de luz realizan varios cientos de billones de oscilaciones por segundo. Por eso, es natural imaginar el empleo de oscilaciones de luz para impulsar el movimiento electrónico. A diferencia de las técnicas convencionales, Las ondas de luz no solo inician el movimiento electrónico sino que también lo controlan en su escala de tiempo natural, es decir, la escala de tiempo de attosegundos (un attosegundo es una quintillonésima parte de un segundo). Esto tiene el potencial de aumentar la velocidad operativa de los dispositivos y la computación en órdenes de magnitud y abre una vía para la electrónica de petahercios.

Se emiten destellos de luz de alta frecuencia cuando un sólido se expone a una luz ultracorta intensa. Este proceso se conoce como alta generación de armónicos (HHG). Las oscilaciones del campo eléctrico de la luz incidente activan y controlan el movimiento de los electrones en los sólidos. que establece la corriente en sólidos. La corriente inducida tiene dos contribuciones:una por las transiciones de electrones de bandas de valencia a bandas de conducción y otra por el movimiento de electrones y huecos en sus respectivas bandas de energía.

En los estudios teóricos y experimentales del proceso de HHG en sólidos, se asume comúnmente que los sólidos están libres de defectos. Sin embargo, esta suposición subyacente no es cierta en la práctica. En sólidos reales, los defectos son inevitables debido a sus procesos de crecimiento. Pueden ser de diferentes formas, como vacantes, intersticiales, o impurezas. En el presente, no se sabe mucho acerca de cómo la presencia de defectos puede modificar el proceso de HHG y la dinámica electrónica asociada. Teniendo en cuenta que la ingeniería de defectos ha sido la columna vertebral de la optoelectrónica convencional, Por tanto, es fundamental comprender el papel de los defectos en el contexto de la electrónica y la espintrónica de petahercios.

En su reciente trabajo teórico publicado en Materiales computacionales npj , un equipo de investigadores del Instituto Indio de Tecnología (IIT) en Bombay, India, y el Instituto Max-Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) en Hamburgo, Alemania, han abordado una importante pieza de información que faltaba en relación con el esfuerzo de la electrónica y la espintrónica de petahercios:¿Cómo influyen los diferentes tipos de defectos en el movimiento de los electrones en los sólidos durante la HHG? Para abordar esta pregunta, una monocapa bidimensional de nitruro de boro hexagonal (h-BN) con un átomo de boro o nitrógeno vacante se expone a un intenso destello de luz.

La h-BN comienza a comportarse como donante o aceptor de electrones tan pronto como se elimina un átomo de nitrógeno o boro. Esto da como resultado estructuras electrónicas cualitativamente diferentes y los defectos de vacantes inducidos se polarizan en el espín. En particular, El equipo de investigación descubrió que los dos canales de espín se ven afectados de manera diferente y que los electrones con espines opuestos contribuyen de manera diferente a la emisión de altos armónicos. Es más, la interacción electrón-electrón se manifiesta de manera dispar en sólidos defectuosos en comparación con el prístino.

El presente trabajo también anticipa la situación en la que un átomo de nitrógeno o boro es reemplazado por un átomo de carbono (defecto de dopaje) en lugar de eliminar el átomo por completo de h-BN. Cuando un solo átomo de boro es reemplazado por un solo átomo de carbono, la dinámica de los electrones se asemeja a aquellas en las que un átomo de nitrógeno se elimina completamente de h-BN. Contrariamente la situación opuesta surge cuando un átomo de nitrógeno es reemplazado por un átomo de carbono:Aquí, la dinámica se asemeja a aquellas en las que un átomo de boro está completamente separado del sistema.

Este trabajo es un paso significativo hacia el logro de un mejor control de la espintrónica de petahercios impulsada por ondas de luz mediante la ingeniería de defectos en sólidos.