Un gruppo di ricerca guidato da un fisico dell'Università della California, Riverside, ha dimostrato un nuovo stato magnetizzato in un monostrato di ditelluride di tungsteno, o WTe₂ , un nuovo materiale quantistico. Chiamato isolante di Hall di spin quantico magnetizzato o ferromagnetico, questo materiale dello spessore di un atomo ha un interno isolante ma un bordo conduttore, che ha importanti implicazioni per il controllo del flusso di elettroni nei nanodispositivi.

In un tipico conduttore, la corrente elettrica scorre uniformemente ovunque. Gli isolanti, d'altra parte, non conducono facilmente l'elettricità. Normalmente, monostrato WTe₂ è un isolante speciale con bordo di conduzione; magnetizzandolo gli conferisce proprietà più insolite.

"Abbiamo impilato il monostrato WTe₂ con un ferromagnete isolante di diversi strati atomici di spessore, di Cr₂ Ge₂ Te₆ , o semplicemente CGT, e ho scoperto che WTe₂ aveva sviluppato il ferromagnetismo con un bordo di conduzione", ha detto Jing Shi, un illustre professore di fisica e astronomia all'UCR, che ha guidato lo studio. "Il flusso del bordo degli elettroni è unidirezionale e può essere fatto cambiare direzione con l'uso di un campo magnetico."

Shi ha spiegato che quando solo il bordo conduce elettricità, la dimensione dell'interno del materiale è irrilevante, consentendo di rimpicciolire i dispositivi elettronici che utilizzano tali materiali, anzi, quasi quanto il bordo conduttore. Poiché i dispositivi che utilizzano questo materiale consumerebbero meno energia e dissiperebbero meno energia, potrebbero essere resi più efficienti dal punto di vista energetico. Le batterie che utilizzano questa tecnologia, ad esempio, dureranno più a lungo.

I risultati dello studio vengono visualizzati in Nature Communications .

Attualmente la tecnologia funziona solo a temperature molto basse; CGT è ferromagnetico a circa 60 K (o -350 F). L'obiettivo della ricerca futura sarebbe far funzionare la tecnologia a temperature più elevate, consentendo molte applicazioni nanoelettroniche come i chip di memoria non volatile utilizzati nei computer e nei telefoni cellulari.

Secondo Shi, il bordo conduttore negli isolanti Hall a spin quantico ideale comprende due canali stretti che corrono uno accanto all'altro, simili a un'autostrada a due corsie con le auto che guidano in direzioni opposte. Gli elettroni che fluiscono in un canale non possono passare all'altro canale, ha detto Shi, a meno che non vengano introdotte impurità. Il filo conduttore in monostrato WTe₂ è stato visualizzato per la prima volta in uno studio precedente del coautore Yongtao Cui, professore associato di fisica e astronomia all'UCR e collega di Shi.

"Sono due canali per bordo", ha detto Shi. "Se elimini un canale, finisci con una corrente che scorre solo in una direzione, lasciandoti con quello che viene chiamato un isolante di Hall anomalo quantistico, l'ennesimo materiale quantistico speciale. Un tale isolante ha solo una corsia autostradale, per utilizzare l'autostrada analogia. Questo isolante trasporta gli elettroni in modo completamente spin-polarizzato."

D'altra parte, il magnetizzato WTe₂ che Shi e i suoi colleghi hanno sperimentato è chiamato un isolante di Hall di spin quantico ferromagnetico, che ha un bordo conduttore con elettroni parzialmente polarizzati in spin.

"Nei due canali degli isolanti di Hall di spin quantico ferromagnetico, abbiamo un numero disuguale di elettroni che fluiscono in direzioni opposte risultando in una corrente netta, che possiamo controllare con un magnete esterno", ha detto Shi.

Secondo Shi, materiali quantistici come WTe₂ sono il futuro della nanoelettronica.

"Il CHIPS Act incoraggerà i ricercatori a inventare nuovi materiali le cui proprietà sono superiori a quelle degli attuali materiali in silicio", ha affermato. + Esplora ulteriormente

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