Descubrimiento de una nueva estructura de superred que exhibe el efecto Hall anisotrópico. (a) Efecto Hall anisotrópico. ( b ) Imagen de sección transversal de microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) de la estructura de superred 2D-VS2 / 1D-VS. (c) Modelo esquemático de la superred híbrida 2D/1D. Crédito:Y.C. Lin
Los avances en la microelectrónica moderna dependen de la comprensión y manipulación del movimiento de los electrones en el metal. Reducir el grosor de las láminas de metal al orden de nanómetros puede permitir un control exquisito sobre cómo se mueven los electrones del metal. Al hacerlo, se pueden impartir propiedades que no se ven en los metales a granel, como la conducción ultrarrápida de la electricidad. Ahora, investigadores de la Universidad de Osaka y socios colaboradores han sintetizado una nueva clase de superredes nanoestructuradas. Este estudio permite un grado inusualmente alto de control sobre el movimiento de electrones dentro de los semiconductores metálicos, lo que promete mejorar la funcionalidad de las tecnologías cotidianas.
Ajustar con precisión la arquitectura de las nanoláminas de metal y, por lo tanto, facilitar funcionalidades microelectrónicas avanzadas, sigue siendo una línea de trabajo en curso en todo el mundo. De hecho, se han otorgado varios premios Nobel sobre este tema. Los investigadores sintetizan convencionalmente superredes nanoestructuradas (capas de metales que alternan regularmente, intercaladas entre sí) a partir de materiales de la misma dimensión; por ejemplo, hojas 2D intercaladas. Un aspecto clave del trabajo de los investigadores actuales es su fácil fabricación de superredes heterodimensionales; por ejemplo, cadenas de nanopartículas 1D intercaladas dentro de nanoláminas 2D.
"Las superredes heterodimensionales a nanoescala suelen ser difíciles de preparar, pero pueden exhibir propiedades físicas valiosas, como la conductividad eléctrica anisotrópica", explica Yung-Chang Lin, autor principal. "Desarrollamos un medio versátil para preparar tales estructuras y, al hacerlo, inspiraremos la síntesis de una amplia gama de superestructuras personalizadas".
( a ) Modelo de estructura de superretícula convencional que consta de diferentes materiales 2D. (b) Modelo de estructura de superred recientemente descubierto que consta de materiales bidimensionales (similares a una película) y unidimensionales (similares a una cadena). Crédito:Y.C. Lin
Los investigadores utilizaron la deposición de vapor químico, una técnica de nanofabricación común en la industria, para preparar superredes a base de vanadio. Estos semiconductores magnéticos exhiben lo que se conoce como efecto Hall anómalo anisotrópico (AHE):es decir, acumulación de carga enfocada direccionalmente en condiciones de campo magnético en el plano (en las que no se observa el efecto Hall convencional). Por lo general, el AHE se observa solo a temperaturas ultrabajas. En la presente investigación, el AHE se observó a temperatura ambiente y superior, hasta aproximadamente el punto de ebullición del agua. La generación de AHE a temperaturas prácticas facilitará su uso en tecnologías cotidianas.
( a ) Modelo atómico de la estructura de apilamiento de la superred VS2-VS vista desde arriba. Las bolas rojas y amarillas representan los átomos V y S. (b) Modelo atómico de la superred VS2-VS vista desde un lado. El rectángulo verde es la celda unitaria de la superred. ( c, d ) Imágenes STEM de estructura de superretícula de película 2D / cadena 1D / película 2D (VS2 / VS / VS2) y película 2D / cadena 1D / película 2D / cadena 1D / película 2D (VS2 /VS/VS2/VS/VS2) estructura superlattice y las imágenes STEM simuladas correspondientes. (e) Pérdida de energía de electrones cerca de la estructura fina del borde L del átomo V. Crédito:Y.C. Lin
"Una promesa clave de la nanotecnología es su provisión de funcionalidades que no se pueden obtener de los materiales a granel", afirma Lin. "Nuestra demostración de un efecto Hall anómalo no convencional a temperatura ambiente y superior abre una gran cantidad de posibilidades para la tecnología de semiconductores del futuro, todas accesibles mediante procesos de nanofabricación convencionales".
El presente trabajo ayudará a mejorar la densidad de almacenamiento de datos, la eficiencia de la iluminación y la velocidad de los dispositivos electrónicos. Al controlar con precisión la arquitectura a nanoescala de los metales que se usan comúnmente en la industria, los investigadores fabricarán una tecnología única y versátil que supera la funcionalidad de los materiales naturales.
El artículo, "Superretícula heterodimensional con efecto Hall anómalo a temperatura ambiente", se publicó en Nature . Científicos desentrañan el misterio del 'efecto Hall' en busca de dispositivos de almacenamiento de memoria de próxima generación
