Salto Cuántico en Electrónica: Fusión de Twistrónica y Espintrónica

por Santiago Fernández
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En el ámbito de la física cuántica, el campo emergente de la twistrónica implica la superposición de materiales de Van der Waals para descubrir nuevos comportamientos cuánticos. Los investigadores de la Universidad Purdue han logrado un avance significativo en esta área. Han incorporado espín cuántico en bicapas dobles retorcidas de materiales antiferromagnéticos, creando patrones magnéticos muaré ajustables. Este desarrollo abre nuevas vías potenciales en el campo de la espintrónica, con implicaciones para el futuro de los dispositivos de memoria y los sistemas lógicos basados en el espín. Fuente: SciTechPost.com

El equipo de física cuántica de la Universidad Purdue ha logrado avances notables al manipular bicapas dobles de materiales antiferromagnéticos para producir magnetismo muaré ajustable.

Twistronics, lejos de ser un género musical o de danza de moda, representa un desarrollo de vanguardia en la física cuántica y la ciencia de los materiales. Esta técnica implica apilar materiales de Van der Waals de manera similar a colocar capas de hojas de papel, lo que permite una fácil rotación y manipulación. A través de estas capas apiladas, los físicos cuánticos han descubierto fascinantes fenómenos cuánticos.

Al integrar el concepto de espín cuántico con dobles bicapas retorcidas de un antiferroimán, los investigadores han desbloqueado el potencial del magnetismo muaré sintonizable. Esta innovación presagia una nueva clase de materiales para los florecientes campos de la twistrónica y la espintrónica, lo que podría conducir a dispositivos innovadores de memoria y lógica de espín, y abrir nuevas posibilidades en la física y las aplicaciones espintrónicas.

Utilizando imanes de van der Waals, el equipo de la Universidad Purdue ha podido producir estados magnéticos no colineales con una notable sintonizabilidad eléctrica. Crédito: Ryan Allen, Second Bay Studios

El equipo de la Universidad Purdue, especializado en física cuántica e investigación de materiales, ha empleado CrI3, un material de Van der Waals (vdW) con acoplamiento antiferromagnético entre capas, para manipular el espín. Su investigación, titulada "Magnetismo muaré eléctricamente sintonizable en bicapas dobles retorcidas de triyoduro de cromo", publicada en Nature Electronics, presenta hallazgos innovadores.

El Dr. Guanghui Cheng, coautor principal del estudio, explica: “Diseñamos CrI3 de doble capa retorcida, creando un ángulo de torsión entre dos bicapas. Nuestros hallazgos revelan un magnetismo muaré caracterizado por diversas fases magnéticas y una importante sintonizabilidad eléctrica”.

La investigación muestra la estructura de superred muaré en doble bicapa retorcida (tDB) CrI3 y sus propiedades magnéticas determinadas mediante análisis magnetoóptico del efecto Kerr (MOKE). El estudio ilustra cómo pueden surgir estados magnéticos no colineales en esta estructura y la coexistencia de órdenes antiferromagnéticos y ferromagnéticos, un rasgo característico del magnetismo muaré. Crédito: Ilustración de Guanghui Cheng y Yong P. Chen

Chen destaca: “Al apilar y girar un antiferroimán sobre sí mismo, logramos una transformación en un ferroimán. Esto ejemplifica el campo emergente del magnetismo muaré en materiales 2D retorcidos, donde el ángulo de torsión altera dramáticamente las propiedades del material”.

Al describir su método, Cheng añade: “Empleamos la técnica de rasgar y apilar para fabricar CrI3 bicapa doble retorcido. Utilizando la medición MOKE, detectamos órdenes ferromagnéticos y antiferromagnéticos, el sello distintivo del magnetismo muaré, y demostramos la conmutación magnética asistida por voltaje”.

Anteriormente, la twistrónica se centraba principalmente en ajustar las propiedades electrónicas, como ocurre con el grafeno bicapa retorcido. Sin embargo, el equipo de Purdue intentó aplicar este concepto al grado de libertad del giro utilizando CrI3. Al fabricar muestras con diferentes ángulos de torsión, pudieron observar nuevos comportamientos magnéticos.

El equipo de Upadhyaya proporcionó apoyo teórico para este experimento, validando las observaciones realizadas por el equipo de Chen.

Upadhyaya afirma: “Nuestro trabajo teórico reveló un diagrama de fases complejo con varias fases no colineales. Esta investigación se alinea con las investigaciones en curso del equipo de Chen sobre física y propiedades novedosas de los imanes 2D”.

"Esta investigación marca una nueva dirección para la espintrónica y la magnetoelectrónica", comenta Chen. “Los fenómenos observados, como la conmutación magnética asistida por voltaje, podrían conducir a dispositivos innovadores de memoria y lógica de espín. El giro introduce una nueva variable en el estudio de los imanes vdW, allanando el camino para explorar nuevas aplicaciones físicas y espintrónicas”.

Referencia: “Magnetismo muaré eléctricamente sintonizable en bicapas dobles retorcidas de triyoduro de cromo” por Guanghui Cheng et al., 19 de junio de 2023, Nature Electronics. DOI: 10.1038/s41928-023-00978-0

El equipo de Purdue, dirigido por el Dr. Guanghui Cheng y Mohammad Mushfiqur Rahman, ha contribuido significativamente a esta investigación. Cheng, anteriormente postdoctorado en el grupo del Dr. Yong P. Chen en Purdue, es ahora profesor asistente en el AIMR de la Universidad de Tohoku, mientras que Rahman tiene un doctorado. estudiante del grupo del Dr. Pramey Upadhyaya. Tanto Chen como Upadhy

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el magnetismo muaré

¿Cuál es el avance clave realizado por la Universidad Purdue en el campo de la física cuántica?

Investigadores de la Universidad Purdue han logrado un avance significativo en la física cuántica al integrar el espín cuántico en dobles bicapas retorcidas de materiales antiferromagnéticos. Esto ha llevado a la creación de patrones magnéticos muaré ajustables, revolucionando potencialmente el campo de la espintrónica e impactando el desarrollo de dispositivos de memoria y sistemas lógicos basados en espín.

¿Qué son la twistrónica y la espintrónica, como se menciona en la investigación?

Twistronics es un campo emergente en la física cuántica y la ciencia de materiales que implica apilar materiales de Van der Waals en capas para descubrir nuevos fenómenos cuánticos. La espintrónica, por su parte, se refiere al estudio del espín intrínseco del electrón y su momento magnético asociado, además de su carga electrónica fundamental, en dispositivos de estado sólido.

¿Cómo contribuye la investigación de la Universidad Purdue al campo de la twistrónica?

La investigación de la Universidad Purdue ha contribuido a la twistrónica al demostrar el magnetismo muaré sintonizable mediante la manipulación de dobles bicapas retorcidas de un material antiferromagnético. Este hallazgo sugiere nuevas plataformas materiales para la espintrónica y promete avances en la memoria y los dispositivos de lógica de espín.

¿Cuál es la importancia del magnetismo muaré en esta investigación?

El magnetismo muaré es importante en esta investigación, ya que representa una forma novedosa de magnetismo que presenta fases ferromagnéticas y antiferromagnéticas que varían espacialmente. Se observa en la estructura de superred muaré del triyoduro de cromo bicapa doble retorcido (CrI3) y se caracteriza por la coexistencia de órdenes ferromagnéticos y antiferromagnéticos, lo cual es fundamental para el avance de la espintrónica.

¿Qué aplicaciones futuras se prevén de esta investigación en física cuántica?

Los avances en twistrónica y espintrónica derivados de esta investigación tienen el potencial de conducir a dispositivos innovadores de memoria y lógica de espín. La manipulación del magnetismo muaré y la introducción de nuevos materiales en la espintrónica podrían abrir nuevas vías en la electrónica, revolucionando potencialmente la forma en que se aborda el almacenamiento de datos y la lógica computacional.

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5 comentarios

samantha r. diciembre 25, 2023 - 9:10 am

Es impresionante cómo se está perfilando Twistronics. El futuro de la electrónica podría estar simplemente en estos patrones muaré, ¿sabes?

Responder
Jake Thompson diciembre 25, 2023 - 4:05 pm

¡Cosas increíbles! Realmente muestra el progreso en física cuántica. El equipo de Purdue está haciendo maravillas con esos materiales de Van der Waals. ¡No puedo esperar a ver a dónde lleva esto!

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Raj Patel diciembre 25, 2023 - 6:45 pm

No estoy seguro de entender todos los aspectos técnicos. ¿Pero suena como gran cosa? Supongo que el magnetismo muaré podría cambiar las reglas del juego en la tecnología.

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Linda K. diciembre 25, 2023 - 7:27 pm

¡Wow solo wow! Leí sobre espintrónica antes, pero esto es otra cosa. Purdue realmente está superando los límites.

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Mike O'Brien diciembre 25, 2023 - 9:19 pm

Debo decir que el artículo es un poco pesado en jerga. Pero es genial ver cómo mezclan giros y giros, como la trama de una película de ciencia ficción, ¿verdad?

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