p Um novo método que mede com precisão o comportamento misterioso e as propriedades magnéticas dos elétrons que fluem pela superfície dos materiais quânticos pode abrir um caminho para a eletrônica de próxima geração. p Encontrado no coração dos dispositivos eletrônicos, semicondutores baseados em silício dependem da corrente elétrica controlada responsável por alimentar a eletrônica. Esses semicondutores só podem acessar a carga dos elétrons para obter energia, mas os elétrons fazem mais do que carregar uma carga. Eles também têm momento angular intrínseco conhecido como spin, que é uma característica dos materiais quânticos que, embora evasivo, pode ser manipulado para aprimorar dispositivos eletrônicos.

p Uma equipe de cientistas, liderado por An-Ping Li no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia, desenvolveu uma técnica inovadora de microscopia para detectar o spin dos elétrons em isoladores topológicos, um novo tipo de material quântico que pode ser usado em aplicações como spintrônica e computação quântica.

p "A corrente de rotação, ou seja, o momento angular total de elétrons em movimento, é um comportamento em isoladores topológicos que não poderia ser contabilizado até que um método sensível ao spin fosse desenvolvido, "Li disse.

p Os dispositivos eletrônicos continuam a evoluir rapidamente e requerem mais potência em componentes menores. Isso leva à necessidade de métodos menos dispendiosos, alternativas de eficiência energética para eletrônicos baseados em carga. Um isolante topológico transporta corrente elétrica ao longo de sua superfície, enquanto mais profundamente dentro do material a granel, ele atua como um isolante. Os elétrons que fluem pela superfície do material exibem direções de spin uniformes, ao contrário de um semicondutor onde os elétrons giram em direções variadas.

p "Dispositivos baseados em carga são menos eficientes em termos de energia do que os baseados em rotação, "disse Li." Para que os giros sejam úteis, precisamos controlar seu fluxo e orientação. "

p Para detectar e entender melhor esse comportamento peculiar das partículas, a equipe precisava de um método sensível ao spin dos elétrons em movimento. Sua nova abordagem de microscopia foi testada em um único cristal de Bi ₂ Te ₂ Se, um material contendo bismuto, telúrio e selênio. Ele mediu quanta voltagem foi produzida ao longo da superfície do material conforme o fluxo de elétrons se movia entre pontos específicos enquanto detectava a voltagem para o spin de cada elétron.

p O novo método baseia-se em um microscópio de tunelamento de varredura de quatro sondas - um instrumento que pode localizar a atividade atômica de um material com quatro pontas de sondagem móveis - adicionando um componente para observar o comportamento de spin dos elétrons na superfície do material. Essa abordagem não inclui apenas medições de sensibilidade de giro. Também confina a corrente a uma pequena área na superfície, o que ajuda a evitar que os elétrons escapem abaixo da superfície, fornecendo resultados de alta resolução.

p "Detectamos com sucesso uma voltagem gerada pela corrente de spin do elétron, "disse Li, que foi coautor de um artigo publicado por Cartas de revisão física isso explica o método. "Este trabalho fornece evidências claras da corrente de spin em isoladores topológicos e abre um novo caminho para estudar outros materiais quânticos que podem ser aplicados em dispositivos eletrônicos de última geração."