(Arriba) Esquema de un transistor de efecto de campo basado en un semiconductor ferromagnético ultrafino Cr2Ge2Te6. El material está cubierto con un gel de iones para mejorar el efecto de campo. (Abajo) Magneto-resistencia (MR) con barridos de campo magnético crecientes (azul) y decreciente (rojo). Cuando el voltaje de la puerta (VG) aumenta de 3 V (izquierda) a 4 V (derecha), Emerge la histéresis de MR, indicando que se induce el orden ferromagnético. Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Los físicos de NUS han demostrado el control del magnetismo en un semiconductor magnético a través de medios eléctricos, allanando el camino para nuevos dispositivos espintrónicos.
Los semiconductores son el corazón de las tecnologías de procesamiento de información. En forma de transistor, los semiconductores actúan como un interruptor para la carga eléctrica, permitiendo cambiar entre estados binarios cero y uno. Materiales magnéticos, por otra parte, son un componente esencial para los dispositivos de almacenamiento de información. Explotan el grado de libertad de espín de los electrones para lograr funciones de memoria. Los semiconductores magnéticos son una clase única de materiales que permiten controlar tanto la carga eléctrica como el giro, potencialmente habilitando el procesamiento de información y las operaciones de memoria en una sola plataforma. El desafío clave es controlar los giros de los electrones, o magnetización, usando campos eléctricos, de manera similar, un transistor controla la carga eléctrica. Sin embargo, El magnetismo típicamente tiene una dependencia débil de los campos eléctricos en los semiconductores magnéticos, y el efecto se limita a menudo a temperaturas criogénicas.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Goki EDA del Departamento de Física y el Departamento de Química, y el Centro de materiales 2-D avanzados, NUS, en colaboración con el profesor Hidekazu KUREBAYASHI del London Centre for Nanotechnology, University College de Londres, descubrió que el magnetismo de un semiconductor magnético, Cr 2 Ge 2 Te 6 , muestra una respuesta excepcionalmente fuerte a los campos eléctricos aplicados. Con campos eléctricos aplicados, se encontró que el material exhibía ferromagnetismo (un estado en el que los espines de los electrones se alinean espontáneamente) a temperaturas de hasta 200 K (-73 ° C). A tales temperaturas, El orden ferromagnético normalmente está ausente en este material.
Los investigadores aplicaron grandes campos eléctricos a este material recubriéndolo con una capa de gel de polímero que contiene iones disueltos. Cuando se aplica un voltaje al gel de polímero, se forma una capa de iones en la superficie del material, induciendo fuertes campos eléctricos y una alta densidad de electrones móviles en el material. En ausencia de estos electrones móviles (es decir, cuando el voltaje aplicado es cero), el ferromagnetismo ocurre solo por debajo de 61 K (-212 ° C). Esta temperatura crítica, debajo del cual emerge el orden ferromagnético, se conoce como temperatura de Curie. Por encima de esta temperatura, las orientaciones de espín son aleatorias (estado paramagnético), haciendo imposibles las operaciones de memoria magnética. Cuando se aplica un potencial eléctrico de unos pocos voltios al gel de polímero, los investigadores encontraron que la temperatura de Curie aumentó en más de 100 ° C. Un aumento tan dramático en la temperatura de Curie provocado por campos eléctricos es inusual en un semiconductor magnético. Los investigadores concluyen que los electrones móviles inducidos por los iones son responsables del orden magnético observado a la temperatura más alta.
El autor principal, el Dr. Ivan VERZHBITSKIY, un investigador del equipo dijo:"Los electrones móviles presentes en el material ayudan a llevar la información de espín de un sitio atómico a otro y a establecer el orden magnético, resultando en una temperatura de Curie más alta ".
La temperatura de funcionamiento de estos dispositivos todavía está muy por debajo de la temperatura ambiente, lo que hace que su implementación en las tecnologías actuales no sea práctica. Sin embargo, el equipo tiene como objetivo superar esta limitación en sus investigaciones futuras.
"Creemos que este fenómeno único que observamos no se limita a este compuesto en particular y se puede esperar en otros sistemas de materiales relacionados. Con una cuidadosa selección de materiales, será posible desarrollar dispositivos que operen a temperatura ambiente, lo que podría conducir a nuevas tecnologías innovadoras, "añadió el profesor Eda.
