Como nuestros teléfonos inteligentes, laptops, y las computadoras se vuelven más pequeñas y más rápidas, también lo hacen los transistores dentro de ellos que controlan el flujo de electricidad y almacenan información. Pero los transistores tradicionales solo pueden encogerse hasta cierto punto. Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología de Stevens han desarrollado un nuevo semiconductor magnético atómicamente delgado que permitirá el desarrollo de nuevos transistores que funcionan de una manera completamente diferente; no solo pueden aprovechar la carga de un electrón, sino también el poder de su giro, proporcionando un camino alternativo para crear dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y rápidos.

En lugar de depender de fabricar componentes eléctricos cada vez más pequeños, el nuevo descubrimiento, informó en la edición de abril de 2020 de Comunicaciones de la naturaleza , potencialmente proporciona una plataforma crítica para avanzar en el campo de la espintrónica (espín + electrónica), una forma fundamentalmente nueva de operar la electrónica y una alternativa muy necesaria a la miniaturización continua de los dispositivos electrónicos estándar. Además de eliminar la barrera de la miniaturización, el nuevo imán atómicamente delgado también puede permitir una velocidad de procesamiento más rápida, menor consumo de energía y mayor capacidad de almacenamiento.

"Un semiconductor ferromagnético bidimensional es un material en el que el ferromagnetismo y las propiedades semiconductoras coexisten en uno, y dado que nuestro material funciona a temperatura ambiente, nos permite integrarlo fácilmente con la tecnología de semiconductores bien establecida, "dijo EH Yang, profesor de ingeniería mecánica en el Stevens Institute of Technology, quien lideró este proyecto.

"La fuerza del campo magnético en este material es de 0,5 mT; mientras que una fuerza de campo magnético tan débil no nos permite tomar un clip de papel, es lo suficientemente grande como para alterar el giro de los electrones, que se puede utilizar para aplicaciones de bits cuánticos, "dijo Stefan Strauf, profesor de física en Stevens.

Cuando se construyeron las computadoras, llenaron una habitación entera, pero ahora pueden caber en su bolsillo trasero. La razón de esto es la ley de Moore, lo que sugiere que cada dos años, la cantidad de transistores que caben en un chip de computadora se duplicará, duplicar efectivamente la velocidad y la capacidad de un dispositivo. Pero los transistores solo pueden volverse tan pequeños antes de que las señales eléctricas que se supone deben controlar ya no obedezcan sus órdenes.

Si bien la mayoría de los pronosticadores esperan que la ley de Moore termine en 2025, Aproximaciones alternativas, que no dependen del escalado físico, han sido investigados. Manipulando el espín de los electrones, en lugar de depender únicamente de su cargo, puede proporcionar una solución en el futuro.

Construir un nuevo semiconductor magnético utilizando materiales bidimensionales, es decir, dos átomos de espesor, permitirá el desarrollo de un transistor para controlar la electricidad con el control del espín de un electrón, ya sea hacia arriba o hacia abajo, mientras que todo el dispositivo sigue siendo liviano, flexible y transparente.

Usando un método llamado dopaje sustitutivo in situ, Yang y su equipo sintetizaron con éxito un semiconductor magnético mediante el cual un cristal de disulfuro de molibdeno se dopa de manera sustitutiva con átomos de hierro aislados. Durante este proceso, los átomos de hierro arrancan algunos de los átomos de molibdeno y toman su lugar, en el lugar exacto, creando un material magnético transparente y flexible; de ​​nuevo, sólo dos átomos de espesor. Se encuentra que el material permanece magnetizado a temperatura ambiente, y como es un semiconductor, se puede integrar directamente en la arquitectura existente de dispositivos electrónicos en el futuro.

Yang y su equipo en Stevens trabajaron con varias instituciones para obtener imágenes del material, átomo por átomo, para demostrar que los átomos de hierro ocuparon el lugar de algunos de los átomos de molibdeno. Estas instituciones incluyeron la Universidad de Rochester, Instituto Politécnico Rensselaer, Laboratorio Nacional Brookhaven, y la Universidad de Columbia.

"Para hacer algo grandioso en la ciencia, necesitas que otros colaboren contigo, "dijo Shichen Fu, un doctorado estudiante de ingeniería mecánica en Stevens. "Esta vez, reunimos a todas las personas adecuadas, laboratorios con diferentes fortalezas y diferentes perspectivas, para que esto suceda ".