Un nuevo método eléctrico para cambiar la dirección del flujo de electrones en algunos materiales cuánticos podría tener implicaciones para el desarrollo de la próxima generación dispositivos electrónicos y computadoras cuánticas.
Investigadores de Estado de Pensilvania desarrolló y demostró el método en materiales que exhiben el efecto Hall anómalo cuántico (QAH), un fenómeno en el que el flujo de electrones a lo largo del borde de un material no pierde energía. El equipo describe el trabajo en Naturaleza Materiales.
Un nuevo método para cambiar la dirección del flujo de electrones ofrece mejoras para futuros dispositivos electrónicos. Crédito de la imagen: Chang Lab/Penn State License CC BY-SA
La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. apoyó la investigación a través de dos premiosincluyendo un Premio al Desarrollo Profesional Temprano de la Facultad (CAREER) y a través de NSF Centro de investigación de materiales, ciencia e ingeniería para ciencia a nanoescala.
«A medida que los dispositivos electrónicos se hacen más pequeños y las demandas computacionales aumentan, es cada vez más importante encontrar formas de mejorar la eficiencia de la transferencia de información, lo que incluye el control del flujo de electrones», dijo el científico de Penn State Cui-Zu Chang.
Los investigadores fabricaron un aislante QAH con propiedades específicas y optimizadas. Descubrieron que la aplicación de un pulso de corriente de cinco milisegundos al aislante QAH afecta el magnetismo interno del material y hace que los electrones cambien de dirección, una capacidad crítica para optimizar la transferencia, el almacenamiento y la recuperación de información en las tecnologías cuánticas.
«El método anterior para cambiar la dirección del flujo de electrones dependía de un imán externo para alterar el magnetismo del material, pero usar imanes en dispositivos electrónicos no es lo ideal», dijo el científico de Penn State Chao-Xing Liu. “Los imanes voluminosos no son prácticos para dispositivos pequeños como los teléfonos inteligentes, y un interruptor electrónico suele ser mucho más rápido que un interruptor magnético. Encontramos un método electrónico conveniente para cambiar la dirección del flujo de electrones”.
Según los investigadores, este cambio del control magnético al electrónico en materiales cuánticos es similar al cambio que se ha producido en el almacenamiento de memoria tradicional. Si bien el almacenamiento de información en discos duros y disquetes originales implicaba el uso de imanes para crear un campo magnético y escribir datos, las «memorias flash» más nuevas, como las que se utilizan en unidades USB, discos duros de estado sólido y teléfonos inteligentes, se escriben electrónicamente.
«El método que estos investigadores han demostrado (la capacidad de controlar la corriente del borde sin la necesidad de un campo magnético) es un paso crítico hacia posibles aplicaciones futuras en tecnologías cuánticas», dijo Tomasz Durakiewicz, director de programa en la División de Investigación de Materiales de NSF.
Actualmente, el equipo está explorando cómo detener los electrones en su ruta, para esencialmente encender y apagar el sistema. Los investigadores también buscan cómo demostrar el efecto QAH a temperaturas más altas.
«Este efecto, así como los requisitos actuales para las computadoras cuánticas y los superconductores, requiere temperaturas muy bajas cercanas al cero absoluto», dijo Chang. «Nuestro objetivo a largo plazo es replicar el efecto QAH a temperaturas tecnológicamente más relevantes».
Fuente: NSF
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