La información en las computadoras se transmite a través de semiconductores por el movimiento de electrones y se almacena en la dirección del espín del electrón en materiales magnéticos. Para reducir el tamaño de los dispositivos y mejorar su rendimiento, un objetivo de un campo emergente llamado electrónica de espín ("espintrónica"), los investigadores están buscando materiales únicos que combinen ambas propiedades cuánticas. Escribiendo en Nature Materials, un equipo de químicos y físicos de Columbia encuentra un fuerte vínculo entre el transporte de electrones y el magnetismo en un material llamado bromuro de sulfuro de cromo (CrSBr).

Creado en el laboratorio del químico Xavier Roy, CrSBr es un llamado cristal de van der Waals que se puede pelar en capas 2D apilables que tienen solo unos pocos átomos de espesor. A diferencia de los materiales relacionados que se destruyen rápidamente con el oxígeno y el agua, los cristales de CrSBr son estables en condiciones ambientales. Estos cristales también mantienen sus propiedades magnéticas a la temperatura relativamente alta de -280 °F, lo que evita la necesidad del costoso helio líquido enfriado a una temperatura de -450 °F, 

"Es infinitamente más fácil trabajar con CrSBr que con otros imanes 2D, lo que nos permite fabricar dispositivos novedosos y probar sus propiedades", dijo Evan Telford, un posdoctorado en el laboratorio de Roy que se graduó con un doctorado en física de Columbia en 2020. El año pasado, los colegas Nathan Wilson y Xiaodong Xu de la Universidad de Washington y Xiaoyang Zhu de Columbia encontraron un vínculo entre el magnetismo y la forma en que CrSBr responde a la luz. En el trabajo actual, Telford lideró el esfuerzo por explorar sus propiedades electrónicas.

El equipo utilizó un campo eléctrico para estudiar las capas de CrSBr en diferentes densidades de electrones, campos magnéticos y temperaturas, diferentes parámetros que se pueden ajustar para producir diferentes efectos en un material. A medida que cambiaron las propiedades electrónicas en CrSBr, también lo hizo su magnetismo.

"Los semiconductores tienen propiedades electrónicas sintonizables. Los imanes tienen configuraciones de espín sintonizables. En CrSBr, estas dos perillas se combinan", dijo Roy. "Eso hace que CrSBr sea atractivo tanto para la investigación fundamental como para la aplicación potencial de la espintrónica".

El magnetismo es una propiedad difícil de medir directamente, particularmente porque el tamaño del material se reduce, explicó Telford, pero es fácil medir cómo se mueven los electrones con un parámetro llamado resistencia. En CrSBr, la resistencia puede servir como indicador de estados magnéticos que de otro modo no serían observables. "Eso es muy poderoso", dijo Roy, especialmente ahora que los investigadores buscan algún día construir chips a partir de tales imanes 2D, que podrían usarse para computación cuántica y para almacenar cantidades masivas de datos en un espacio pequeño.

El vínculo entre las propiedades electrónicas y magnéticas del material se debió a defectos en las capas; para el equipo, un golpe de suerte, dijo Telford. "La gente generalmente quiere el material 'más limpio' posible. Nuestros cristales tenían defectos, pero sin ellos, no habríamos observado este acoplamiento", dijo.

Desde aquí, el laboratorio de Roy está experimentando con formas de hacer crecer cristales de van der Waals pelables con defectos deliberados, para mejorar la capacidad de ajustar las propiedades del material. También están explorando si diferentes combinaciones de elementos podrían funcionar a temperaturas más altas y al mismo tiempo conservar esas valiosas propiedades combinadas. + Explora más

Visualización de la estructura atómica y el magnetismo de aisladores magnéticos 2-D