Nuevos materiales cuánticos en 2D para dispositivos nanoelectrónicos

Avances en el material más prometedor para ordenadores cuánticos

Fuente: MIT

Un equipo de investigadores del MIT ha elaborado un mapa teórico para la fabricación de dispositivos electrónicos en 2D con propiedades novedosas.

Los investigadores afirman haber llevado a cabo un análisis teórico que demuestra que una familia de materiales bidimensionales, conocida como dicalcogenuros de metales de
transición
, tiene unas exóticas propiedades cuánticas que podrían dar lugar a un nuevo tipo de electrónica a nanoescala.

Los dicalcogenuros de metales de transición, unos materiales con capas de unos pocos átomos de espesor, son una familia de compuestos
formada por los metales de transición molibdeno o tungsteno y los no
metales telurio, selenio o azufre.

El estudio predice que estos materiales exhiben un fenómeno llamado efecto Hall cuántico de espín (QSH, por sus siglas en inglés).

Los resultados se detallan en un artículo publicado en la revista Science por los estudiantes posdoctorales del MIT Xiaofeng Qian y Junwei Liu; el profesor ayudante de física Liang Fu; y el profesor de ingeniería y ciencia nuclear y de ingeniería y ciencias de los materiales Ju Li.

Los materiales con QSH tienen la inusual propiedad de ser aislantes eléctricos en el interior del material y altamente conductores en sus bordes, de ahí que muchos investigadores piensen que podrían ser adecuados para los nuevos tipos de dispositivos electrónicos cuánticos.

Sin embargo, hasta la fecha sólo se han sintetizado dos materiales con propiedades de QSH y sus posibles aplicaciones se han visto obstaculizadas por dos graves inconvenientes:

  1. Su intervalo de banda, una propiedad esencial para la fabricación de transistores y otros dispositivos electrónicos, es demasiado pequeño, dando lugar a una relación señal/ruido baja;
  2. No pueden cambiar rápidamente de encendido a apagado

Ahora, los investigadores del MIT afirman haber encontrado el modo de eludir ambos obstáculos utilizando materiales 2-D que ya se han estudiado para otros fines.

Según Fu, los materiales con QSH existentes sólo funcionan a temperaturas muy bajas y en condiciones difíciles, sin embargo, los materiales que su grupo de investigación prevé que exhiban este efecto son muy accesibles y los efectos se podrían observar a temperaturas relativamente altas.

Su trabajo indica que al menos seis de los
materiales bidimensionales analizados comparten estas propiedades de
QSH
.

Aunque el trabajo es teórico, el equipo elaboró un diseño de un nuevo tipo de transistor basado en los efectos calculados. Conocido como transistor de efecto de campo topológico, el diseño se basa en una sola capa de material 2D rodeado por dos capas de nitruro de boro 2D.

Los investigadores creen que estos dispositivos se podrían producir a muy alta densidad en un chip y tendrían pérdidas muy bajas, lo que permitiría un funcionamiento muy eficiente.

Y aplicando un campo eléctrico al material, el estado de QSH se podría encender y apagar.

Según los investigadores del MIT, esto podría dar lugar a nuevos tipos de dispositivos electrónicos cuánticos de baja potencia, así como a dispositivos de espintrónica,
un tipo de dispositivos electrónicos en los que el espín de los
electrones se utiliza para transportar información, en lugar de su carga
eléctrica.

Además, este es uno de los materiales conocidos más prometedores para su posible uso en ordenadores cuánticos.

Fuente: http://newsoffice.mit.edu/2014/2-d-quantum-materials-for-nanoelectronics-1120