A medida que nuestros dispositivos se vuelven más pequeños, más rápidos, más eficientes energéticamente y capaces de almacenar mayores cantidades de datos, la espintrónica puede continuar esa trayectoria. Mientras que la electrónica se basa en el flujo de electrones, la espintrónica se basa en el espín de los electrones.

Un electrón tiene un grado de libertad de espín, lo que significa que no solo tiene una carga sino que también actúa como un pequeño imán. En la espintrónica, una tarea clave es usar un campo eléctrico para controlar el giro de los electrones y rotar el polo norte del imán en cualquier dirección.

El transistor de efecto de campo espintrónico aprovecha el llamado efecto de acoplamiento espín-órbita de Rashba o Dresselhaus, lo que sugiere que se puede controlar el espín de los electrones mediante un campo eléctrico. Aunque el método es prometedor para la computación eficiente y de alta velocidad, se deben superar ciertos desafíos antes de que la tecnología alcance su verdadero potencial, en miniatura pero poderoso y ecológico.

Durante décadas, los científicos han intentado utilizar campos eléctricos para controlar el giro a temperatura ambiente, pero lograr un control efectivo ha sido difícil de alcanzar. un equipo de investigación dirigido por Jian Shi y Ravishankar Sundararaman del Instituto Politécnico Rensselaer y Yuan Ping de la Universidad de California en Santa Cruz dieron un paso adelante para resolver el dilema.

«Usted quiere que el campo magnético de Rashba o Dresselhaus sea grande para hacer que el electrón gire en precesión rápidamente», dijo el Dr. Shi, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. «Si es débil, el espín del electrón tiene una precesión lenta y llevaría demasiado tiempo encender o apagar el transistor de espín. Sin embargo, a menudo, un campo magnético interno más grande, si no está bien organizado, conduce a un control deficiente del espín del electrón».

El equipo demostró que un cristal de perovskita ferroeléctrico en capas de van der Waals con una simetría de cristal única y un fuerte acoplamiento de órbita de giro era un material modelo prometedor para comprender la física de giro de Rashba-Dresselhaus a temperatura ambiente. Sus propiedades optoelectrónicas a temperatura ambiente no volátiles y reconfigurables relacionadas con el espín pueden inspirar el desarrollo de importantes principios de diseño para habilitar un transistor de efecto de campo de espín a temperatura ambiente.

Las simulaciones revelaron que este material era particularmente emocionante, según el Dr. Sundararaman, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. «El campo magnético interno es simultáneamente grande y está perfectamente distribuido en una sola dirección, lo que permite que los giros giren de manera predecible y en perfecto concierto», dijo. «Este es un requisito clave para usar giros para transmitir información de manera confiable».

«Es un paso adelante hacia la realización práctica de un transistor espintrónico», dijo el Dr. Shi.

Los primeros autores de este artículo incluyen al estudiante graduado Lifu Zhang y al asociado postdoctoral Jie Jiang del grupo del Dr. Shi, así como al estudiante graduado Christian Multunas del grupo del Dr. Sundararaman.

Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (programa de propiedades físicas de los materiales del Dr. Pani Varanasi), la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias.