p No mundo da física de semicondutores, o objetivo é conceber formas mais eficientes e microscópicas de controlar e manter o controle de 0 e 1, os códigos binários em que se baseiam todo armazenamento de informações e funções lógicas em computadores. p Um novo campo da física que busca esses avanços é chamado Valleytronics, que explora o "grau de liberdade do vale" do elétron para armazenamento de dados e aplicações lógicas. Simplificando, vales são máximos e mínimos de energias eletrônicas em um sólido cristalino. Um método para controlar os elétrons em diferentes vales poderia render novos, chips de computador supereficientes.

p Uma equipe da University at Buffalo, liderado por Hao Zeng, PhD, professor do Departamento de Física, trabalhou com cientistas de todo o mundo para descobrir uma nova maneira de dividir os níveis de energia entre os vales em um semicondutor bidimensional.

p O trabalho é descrito em um estudo publicado online hoje (1º de maio, 2017) no jornal Nature Nanotechnology .

p A chave para a descoberta de Zeng é o uso de um composto ferromagnético para separar os vales e mantê-los em diferentes níveis de energia. Isso leva a um aumento na separação das energias do vale por um fator de 10 a mais do que o obtido pela aplicação de um campo magnético externo.

p "Normalmente, há dois vales nesses semicondutores atomicamente finos com exatamente a mesma energia. Eles são chamados de 'níveis de energia degenerados' em termos de mecânica quântica. Isso limita nossa capacidade de controlar vales individuais. Um campo magnético externo pode ser usado para quebrar essa degeneração . Contudo, a divisão é tão pequena que você teria que ir aos Laboratórios Nacionais de Alto Campo Magnético para medir uma diferença de energia considerável. Nossa nova abordagem torna os vales mais acessíveis e fáceis de controlar, e isso pode permitir que vales sejam úteis para armazenamento e processamento de informações futuras, "Zeng disse.

p A maneira mais simples de entender como os vales podem ser usados ​​no processamento de dados é pensar em dois vales lado a lado. Quando um vale é ocupado por elétrons, o interruptor está "ligado". Quando o outro vale estiver ocupado, a chave está "desligada". O trabalho de Zeng mostra que os vales podem ser posicionados de tal forma que um dispositivo pode ser ligado e desligado, "com uma pequena quantidade de eletricidade.

p Ingredientes microscópicos

p Zeng e seus colegas criaram uma heteroestrutura de duas camadas, com um filme de 10 nanômetros de espessura de EuS magnético (sulfeto de európio) na parte inferior e uma única camada (menos de 1 nanômetro) do dichalcogeneto de metal de transição WSe2 (disseleneto de tungstênio) na parte superior. O campo magnético da camada inferior forçou a separação de energia dos vales no WSe2.

p As tentativas anteriores de separar os vales envolveram a aplicação de campos magnéticos muito grandes de fora. Acredita-se que o experimento de Zeng seja a primeira vez que um material ferromagnético é usado em conjunto com um material semicondutor atomicamente fino para dividir seus níveis de energia de vale.

p "Enquanto tivermos o material magnético lá, os vales ficarão separados, "disse ele." Isso o torna valioso para aplicativos de memória não volátil. "

p Athos Petrou, um professor ilustre da UB no Departamento de Física, mediu a diferença de energia entre os vales separados refletindo a luz do material e medindo a energia da luz refletida.

p "Normalmente obtemos este tipo de resultados apenas uma vez a cada cinco ou 10 anos, "Petrou disse.

p Estendendo a lei de Moore

p O experimento foi conduzido a 7 graus Kelvin (-447 Fahrenheit), portanto, qualquer uso diário do processo está longe no futuro. Contudo, provar isso é um primeiro passo.

p "A razão pela qual as pessoas estão realmente animadas com isso, é que a lei de Moore [que diz que o número de transistores em um circuito integrado dobra a cada dois anos] está prevista para acabar em breve. Não funciona mais porque atingiu seu limite fundamental, "Zeng disse.

p "Os chips de computador atuais dependem do movimento de cargas elétricas, e isso gera uma quantidade enorme de calor à medida que os computadores ficam mais potentes. Nosso trabalho realmente empurrou a Valleytronics um passo mais perto de superar esse desafio. "