Uma equipe de pesquisa liderada por um físico da Universidade da Califórnia, Riverside, demonstrou um novo estado magnetizado em uma monocamada de ditelureto de tungstênio, ou WTe₂ , um novo material quântico. Chamado de isolador Hall de spin quântico magnetizado ou ferromagnético, esse material de espessura de um átomo tem um interior isolante, mas uma borda condutora, o que tem implicações importantes para controlar o fluxo de elétrons em nanodispositivos.
Em um condutor típico, a corrente elétrica flui uniformemente em todos os lugares. Os isolantes, por outro lado, não conduzem eletricidade facilmente. Normalmente, monocamada WTe₂ é um isolante especial com uma borda condutora; magnetizá-lo confere-lhe propriedades mais incomuns.

"Nós empilhamos monocamada WTe₂ com um ferroímã isolante de várias espessuras de camada atômica — de Cr₂ Ge₂ Te₆ , ou simplesmente CGT - e descobri que o WTe₂ desenvolveu ferromagnetismo com uma borda condutora", disse Jing Shi, um distinto professor de física e astronomia da UCR, que liderou o estudo. "O fluxo de borda dos elétrons é unidirecional e pode ser feito para mudar de direção com o uso de um externo campo magnético."

Shi explicou que, quando apenas a borda conduz eletricidade, o tamanho do interior do material é irrelevante, permitindo que os dispositivos eletrônicos que usam esses materiais sejam menores - na verdade, quase tão pequenos quanto a borda condutora. Como os dispositivos que usam esse material consumiriam menos energia e dissipariam menos energia, eles poderiam ser mais eficientes em termos energéticos. As baterias que usam essa tecnologia, por exemplo, duram mais.

Os resultados do estudo aparecem em Nature Communications .

Atualmente, a tecnologia funciona apenas em temperaturas muito baixas; CGT é ferromagnético em torno de 60 K (ou -350 F). O objetivo de pesquisas futuras seria fazer a tecnologia funcionar em temperaturas mais altas, permitindo muitas aplicações nanoeletrônicas, como chips de memória não voláteis usados ​​em computadores e telefones celulares.

De acordo com Shi, a borda condutora em isoladores Hall de spin quântico ideais compreende dois canais estreitos que correm lado a lado, semelhante a uma estrada de duas pistas com carros dirigindo em direções opostas. Os elétrons que fluem em um canal não podem passar para o outro canal, disse Shi, a menos que sejam introduzidas impurezas. A borda condutora em monocamada WTe₂ foi visualizado pela primeira vez em um estudo anterior do coautor Yongtao Cui, professor associado de física e astronomia da UCR e colega de Shi.

"São dois canais por borda", disse Shi. "Se você eliminar um canal, você acaba com uma corrente fluindo apenas em uma direção, deixando você com o que é chamado de isolante quântico anômalo Hall, outro material quântico especial. analogia. Este isolante transporta elétrons de uma maneira totalmente spin-polarizada."

Por outro lado, o WTe magnetizado₂ que Shi e seus colegas experimentaram é chamado de isolador Hall de spin quântico ferromagnético, que tem uma borda condutora com elétrons parcialmente polarizados por spin.

"Nos dois canais de isoladores Hall de spin quântico ferromagnéticos, temos um número desigual de elétrons fluindo em direções opostas, resultando em uma corrente líquida, que podemos controlar com um ímã externo", disse Shi.

De acordo com Shi, materiais quânticos como WTe₂ são o futuro da nanoeletrônica.

"A Lei CHIPS incentivará os pesquisadores a criar novos materiais cujas propriedades sejam superiores às dos materiais de silício atuais", disse ele. + Explorar mais

Novos insights sobre a interação de isoladores topológicos