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Los innovadores imanes delgados atómicamente ofrecen a los investigadores un poder sorprendente


Un equipo de la Universidad de Cornell ha manipulado con éxito imanes atómicamente delgados con un campo eléctrico, dando esperanzas de un almacenamiento de datos muy mejorado para chips de computadora y otros dispositivos electrónicos.

Jie Shan, profesor de física aplicada e ingeniería, trabajó junto con su colega y profesor asistente de física Kin Fai Mak en el estudio. El estudiante postdoctoral Shengwei Jiang también colaboró ​​en el estudio.

Basaron sus desarrollos en el trabajo de 1966 del físico de Cornell David Mermin y su postdoctorado Herbert Wagner. Wagner y Mermin teorizaron que los imanes 2D no podrían existir si los giros de sus electrones pudieran apuntar en cualquier dirección. Sin embargo, fue necesario hasta 2017 que algunos materiales 2D mostraron la promesa de tener la alineación adecuada de giros. Esto llevó a una nueva familia de materiales: los imanes 2D van der Waals.

Shan y Mak se especializaron en materiales atómicamente delgados. Decidieron seguir investigando estos nuevos imanes y explorar el potencial que sus características únicas podrían ofrecer a la tecnología.

"Si se trata de un material a granel, no se puede acceder fácilmente a los átomos del interior", dijo Mak. "Pero si el imán es sólo una monocapa, se le puede hacer mucho. Se le puede aplicar un campo eléctrico, se le agregan electrones adicionales y se pueden modular las propiedades del material".

Los investigadores utilizaron triyoduro de cromo para ver cuánto podían afectar las propiedades del material. Aplicó una pequeña cantidad de voltaje para formar un campo eléctrico y controlar el magnetismo del compuesto 2D. Esto les permitió encender y apagar el magnetismo.

Apilaron las dos capas atómicas de triyoduro de cromo con electrodos y dieléctricos de puerta delgada. Según el estudio, esto se convirtió en un dispositivo de efecto de campo que podría cambiar la dirección de giro del electrón en las capas de triyoduro de cromo utilizando pequeños voltajes de puerta. El equipo señaló que el proceso es reversible y repetible por debajo de los 57 grados Kelvin (-357 Fahrenheit o -216 Celsius).

El descubrimiento podría tener implicaciones generalizadas en la tecnología existente que ya se basa en la conmutación magnética, dijo Shan. Actualmente, los imanes que se encuentran en la electrónica moderna no responden a un campo eléctrico, sino al pasar corriente a través de una bobina. Eso crea el campo magnético que luego puede encender y apagar un imán. El equipo de Cornell señaló las ineficiencias del proceso; la corriente genera calor y consume electricidad.

Los imanes 2D de triyoduro de cromo, por otro lado, pueden tener un campo eléctrico directamente aplicado para activar la conmutación con muy poca energía consumida.

"El proceso también es muy efectivo porque si tiene un grosor nanométrico y aplica solo un voltio, el campo ya es de 1 voltio por nanómetro. Eso es enorme", dijo Shan.

El equipo continuará probando las capacidades de los imanes 2D. También quieren utilizar su investigación para establecer relaciones con otros departamentos de ingeniería en el campus y fuera del campus. Esperan que sus asociaciones con más científicos e ingenieros puedan ayudarlos a desarrollar nuevos materiales 2D que puedan funcionar a temperatura ambiente en lugar de las temperaturas bajo cero del triyoduro de cromo.

"En cierto sentido, lo que hemos demostrado aquí es más como un concepto de dispositivo", dijo Mak. “Cuando encontramos el tipo correcto de material que puede operar a una temperatura más alta, podemos aplicar inmediatamente esta idea a esos materiales. Pero aún no está ahí ".


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