Un equipo de investigación dirigido por un físico de la Universidad de California, Riverside, ha demostrado un nuevo estado magnetizado en una monocapa de ditellurida de tungsteno, o WTe₂ , un nuevo material cuántico. Llamado aislante de Hall de espín cuántico magnetizado o ferromagnético, este material de un átomo de espesor tiene un interior aislante pero un borde conductor, lo que tiene implicaciones importantes para controlar el flujo de electrones en nanodispositivos.

En un conductor típico, la corriente eléctrica fluye uniformemente por todas partes. Los aisladores, por otro lado, no conducen fácilmente la electricidad. Normalmente, monocapa WTe₂ es un aislador especial con un borde conductor; magnetizarlo le otorga propiedades más inusuales.

"Apilamos monocapa WTe₂ con un ferroimán aislante de varios espesores de capa atómica—de Cr₂ Ge₂ Te₆ , o simplemente CGT, y descubrió que WTe₂ había desarrollado ferromagnetismo con un borde conductor", dijo Jing Shi, un distinguido profesor de física y astronomía en la UCR, quien dirigió el estudio. "El flujo de borde de los electrones es unidireccional y se puede hacer que cambie de dirección con el uso de un campo magnético."

Shi explicó que cuando solo el borde conduce la electricidad, el tamaño del interior del material es intrascendente, lo que permite que los dispositivos electrónicos que usan dichos materiales se hagan más pequeños, de hecho, casi tan pequeños como el borde conductor. Debido a que los dispositivos que usan este material consumirían menos energía y disiparían menos energía, podrían hacerse más eficientes energéticamente. Las baterías que usan esta tecnología, por ejemplo, durarían más.

Los resultados del estudio aparecen en Nature Communications .

Actualmente, la tecnología funciona solo a temperaturas muy bajas; CGT es ferromagnético a alrededor de 60 K (o -350 F). El objetivo de la investigación futura sería hacer que la tecnología funcione a temperaturas más altas, lo que permitiría muchas aplicaciones nanoelectrónicas, como chips de memoria no volátiles que se usan en computadoras y teléfonos celulares.

Según Shi, el borde conductor en los aisladores Hall ideales de giro cuántico comprende dos canales estrechos que corren uno al lado del otro, similar a una carretera de dos carriles con automóviles que circulan en direcciones opuestas. Los electrones que fluyen en un canal no pueden cruzar al otro canal, dijo Shi, a menos que se introduzcan impurezas. El borde conductor en monocapa WTe₂ fue visualizado por primera vez en un estudio anterior del coautor Yongtao Cui, profesor asociado de física y astronomía en la UCR y colega de Shi.

"Son dos canales por borde", dijo Shi. "Si eliminas un canal, terminas con una corriente que fluye solo en una dirección, dejándote con lo que se llama un aislador Hall anómalo cuántico, otro material cuántico especial. Tal aislador tiene solo un carril de autopista, para usar la autopista analogía. Este aislante transporta electrones de una manera completamente polarizada por espín ".

Por otro lado, el WTe₂ magnetizado con el que Shi y sus colegas experimentaron se llama aislador Hall de espín cuántico ferromagnético, que tiene un borde conductor con electrones parcialmente polarizados por espín.

"En los dos canales de los aisladores Hall de espín cuántico ferromagnético, tenemos un número desigual de electrones que fluyen en direcciones opuestas, lo que da como resultado una corriente neta, que podemos controlar con un imán externo", dijo Shi.

Según Shi, materiales cuánticos como WTe₂ son el futuro de la nanoelectrónica.

"La Ley CHIPS alentará a los investigadores a encontrar nuevos materiales cuyas propiedades sean superiores a las de los materiales de silicio actuales", dijo. + Explora más

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