Nueva estructura para la autopista de electrones
Anuncios
Los aislantes topológicos podrían constituir la base de componentes electrónicos revolucionarios. Sin embargo, como por lo general sólo funcionan a temperaturas muy bajas, su aplicación práctica se ha visto muy limitada hasta la fecha. Investigadores de la Universidad de Wurzburgo han desarrollado un aislante topológico que también funciona a temperaturas más altas.
Un aislante topológico es un material que es un aislante perfecto en su interior, es decir, que no conduce la electricidad. En sus bordes, sin embargo, se comporta como una "autopista de electrones" casi sin pérdidas. Los electrones pueden moverse a lo largo de estas vías casi sin pérdidas.
Para profundizar en la analogía: estas autopistas tienen carriles separados para electrones con diferentes "espines", una especie de momento angular intrínseco. Los electrones con "spin-up" se mueven en una dirección, los electrones con "spin-down" en la dirección opuesta. Esta estricta regulación del tráfico evita colisiones y, por tanto, pérdidas de energía. El fenómeno subyacente se conoce como efecto Hall de espín cuántico (QSHE, por sus siglas en inglés), un efecto que también se probó experimentalmente por primera vez en la Universidad de Würzburg.
Una estructura de pozo cuántico con tres capas
La principal ventaja de esta propiedad reside en la posibilidad de transportar electrones sin pérdidas y con polarización de espín, lo que podría constituir la base de futuros componentes electrónicos revolucionarios. Aunque este efecto tiene un enorme potencial, su aplicación práctica se ha enfrentado a considerables retos hasta la fecha, principalmente porque los aislantes topológicos sólo suelen mostrar sus codiciadas propiedades a temperaturas extremadamente bajas, justo por encima del cero absoluto, que se sitúa en torno a los 273 grados Celsius bajo cero.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Würzburg, en colaboración con científicos de la Universidad de Montpellier y la École Normale Supérieure de París, ha desarrollado un aislante topológico que muestra el efecto deseado incluso a temperaturas mucho más altas: alrededor de 213 grados Celsius bajo cero, como han demostrado los experimentos. Un equipo dirigido por el profesor Sven Höfling, catedrático de Física Técnica, ha sido el responsable de este logro; Fabian Hartmann y Manuel Meyer son coautores.
"Desarrollamos y probamos un nuevo sistema de materiales para nuestros experimentos: una estructura especial de pozo cuántico formada por tres capas", explica Sven Höfling. El arseniuro de indio (InAs) forma las dos capas exteriores de la estructura de tres capas. GaInSb, una aleación de galio (Ga), indio (In) y antimonio (Sb), forma la capa intermedia. Según los físicos, esta estructura de tres capas especialmente desarrollada ofrece ventajas decisivas frente a enfoques anteriores.
Un candidato prometedor para aplicaciones tecnológicas
"El problema de los materiales utilizados hasta ahora suele ser que su energía de banda prohibida es demasiado baja", explica Fabian Hartmann. La brecha de banda puede considerarse una especie de "barrera energética" que los electrones deben superar para que el interior del material sea conductor. Por tanto, una mayor brecha de banda significa una barrera más sólida que impide que el interior se convierta en conductor incluso a temperaturas más altas y altere los canales de borde sin pérdidas. De hecho, el uso de una aleación GaInSb aumenta la energía de la banda prohibida del material. Al mismo tiempo, la adición de una tercera capa de InAs crea una estructura simétrica que mejora notablemente el tamaño y la solidez de la energía de la brecha de banda.
"Nuestro sistema es un candidato prometedor para aplicaciones tecnológicas porque combina tres ventajas clave", afirma Manuel Meyer. En primer lugar, puede fabricarse en grandes cantidades y a gran escala. Segundo, los resultados son fiables y repetibles. Y tercero, el material es compatible con la tecnología de chips de silicio existente.
En resumen, los físicos creen que estos resultados allanan el camino para el desarrollo de la electrónica topológica. Ésta también podría funcionar a temperaturas menos extremas e integrarse a la perfección en la tecnología de semiconductores ya establecida, lo que abriría la puerta a una nueva generación de dispositivos energéticamente eficientes y potentes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Manuel Meyer, Jonas Baumbach, Sergey Krishtopenko, Adriana Wolf, Monika Emmerling, Sebastian Schmid, Martin Kamp, Benoit Jouault, Jean-Baptiste Rodriguez, Eric Tournie, Tobias Müller, Ronny Thomale, Gerald Bastard, Frederic Teppe, Fabian Hartmann, Sven Höfling; "Quantum spin Hall effect in III-V semiconductors at elevated temperatures: Advancing topological electronics"; Science Advances, Volume 11
Más noticias del departamento ciencias
