Os físicos do NUS demonstraram o controle do magnetismo em um semicondutor magnético por meios elétricos, pavimentando o caminho para novos dispositivos spintrônicos.

Os semicondutores são o coração das tecnologias de processamento de informações. Na forma de um transistor, semicondutores atuam como um interruptor para carga elétrica, permitindo alternar entre os estados binários zero e um. Materiais magnéticos, por outro lado, são um componente essencial para dispositivos de armazenamento de informações. Eles exploram o grau de liberdade de spin dos elétrons para realizar funções de memória. Os semicondutores magnéticos são uma classe única de materiais que permitem o controle da carga elétrica e do spin, potencialmente permitindo o processamento de informações e operações de memória em uma única plataforma. O principal desafio é controlar os spins do elétron, ou magnetização, usando campos elétricos, de maneira semelhante, um transistor controla a carga elétrica. Contudo, magnetismo normalmente tem fraca dependência de campos elétricos em semicondutores magnéticos, e o efeito é freqüentemente limitado a temperaturas criogênicas.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Goki EDA do Departamento de Física e do Departamento de Química, e o Centro de Materiais 2-D Avançados, NUS, em colaboração com o Prof Hidekazu KUREBAYASHI do London Centre for Nanotechnology, University College London, descobriu que o magnetismo de um semicondutor magnético, Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ , mostra uma resposta excepcionalmente forte a campos elétricos aplicados. Com campos elétricos aplicados, descobriu-se que o material exibe ferromagnetismo (um estado em que o elétron gira espontaneamente) em temperaturas de até 200 K (-73 ° C). Em tais temperaturas, a ordem ferromagnética normalmente está ausente neste material.

Os pesquisadores aplicaram grandes campos elétricos a este material revestindo-o com uma camada de gel de polímero contendo íons dissolvidos. Quando uma voltagem é aplicada ao gel de polímero, uma camada de íons se forma na superfície do material, induzindo fortes campos elétricos e uma alta densidade de elétrons móveis no material. Na ausência desses elétrons móveis (ou seja, quando a voltagem aplicada é zero), o ferromagnetismo ocorre apenas abaixo de 61 K (-212 ° C). Esta temperatura crítica, abaixo da qual surge a ordem ferromagnética, é conhecida como temperatura de Curie. Acima desta temperatura, as orientações de spin são aleatórias (estado paramagnético), tornando as operações de memória magnética impossíveis. Quando um potencial elétrico de alguns volts é aplicado ao gel de polímero, os pesquisadores descobriram que a temperatura de Curie aumentou em mais de 100 ° C. Um aumento tão dramático na temperatura de Curie desencadeado por campos elétricos é incomum em um semicondutor magnético. Os pesquisadores concluíram que os elétrons móveis induzidos pelos íons são responsáveis ​​pela ordem magnética observada na temperatura mais elevada.

O autor principal, Dr. Ivan VERZHBITSKIY, um pesquisador da equipe disse:"Os elétrons móveis presentes no material ajudam a transportar as informações de spin de um local atômico para outro e estabelecer a ordem magnética, resultando em uma temperatura Curie mais alta. "

A temperatura de operação desses dispositivos ainda está bem abaixo da temperatura ambiente, o que torna sua implementação nas tecnologias atuais impraticável. Contudo, a equipe visa superar essa limitação em suas pesquisas futuras.

"Acreditamos que este fenômeno único que observamos não se limita a este composto em particular e pode ser esperado em outros sistemas de materiais relacionados. Com uma seleção cuidadosa de materiais, será possível desenvolver dispositivos que operem à temperatura ambiente, que pode levar a novas tecnologias inovadoras, "acrescentou o Prof Eda.