electrónica
Editorial Web Innovación Tecnológica – 05/06/2024
Este descubrimiento revela la ciencia cuántica fundamental de los electrones y allana el camino para el diseño de componentes electrónicos innovadores.
[Imagem: Jiahao Han et al. – 10.1038/s41567-024-02476-2]
Universo electrónico
Los investigadores japoneses finalmente han podido desarrollar las teorías y experimentos básicos necesarios para abordar la geometría del llamado “universo electrónico”, un enfoque que describe la estructura de los electrones y sus estados cuánticos de una manera matemáticamente similar a describir el universo. universo electrónico. Todo el universo real.
La conducción de electricidad, que es crucial para toda nuestra tecnología, sigue la Ley de Ohm: una corriente eléctrica responde proporcionalmente a un voltaje aplicado. Pero para satisfacer la demanda de dispositivos y componentes electrónicos nuevos, más versátiles y más eficientes, los científicos tuvieron que encontrar una manera de eludir o incluso eludir esta ley.
Han encontrado una manera de lograrlo en la mecánica cuántica: una geometría única, conocida como medición cuántica, puede generar conducción no húmica, es decir, conducción eléctrica que no necesita adherirse estrictamente a la ley de Ohm. Esta escala cuántica es una propiedad inherente a la propia materia en la que se produce este fenómeno, lo que sugiere que es una propiedad fundamental del comportamiento de las partículas que componen esta materia.
Izquierda: Conductividad húmica clásica combinada con una estructura métrica cuántica trivial. Centro: El movimiento de la luz en un fuerte campo gravitacional en el universo real. Derecha: Conducción no hemo que surge de la estructura cuántica no trivial del “universo electrónico”, que es magnéticamente sintonizable.
[Imagem: Jiahao Han et al. – 10.1038/s41567-024-02476-2]
Dos mundos, mismas matemáticas
El término «métrica cuántica» se inspira en el concepto de calibres de la relatividad general, que explica cómo la geometría del universo se distorsiona bajo la influencia de fuertes fuerzas gravitacionales, como las que rodean los agujeros negros.
Asimismo, la búsqueda del diseño de conductividad no húmica en materiales hace necesario comprender las métricas cuánticas en este contexto para poder beneficiarse de ellas.
Esta escala define la geometría del “universo electrónico”, análogo al universo físico. Específicamente, el desafío es manipular la estructura cuántica dentro de un solo dispositivo y caracterizar su efecto sobre la conductividad eléctrica; además, idealmente todo sucedería a temperatura ambiente, de modo que estos efectos podrían tener implicaciones prácticas de largo alcance.
Esto es lo que hicieron Jiahao Han y sus colegas de la Universidad de Tohoku y la Agencia Japonesa de Energía Atómica.
En el componente de barra Mn Hall3Sn/Pt bajo un campo magnético H (izquierda), efecto Hall de segundo orden obtenido a partir de experimentos y modelos teóricos basados en mediciones cuánticas (derecha).
[Imagem: Jiahao Han et al. – 10.1038/s41567-024-02476-2]
Componentes espintrónicos
El equipo pudo manipular la estructura cuántica de una capa delgada y heterogénea a temperatura ambiente de imanes extraños (Mn).3Sn) y platino metálico (Pt). Manganeso3El Sn presenta una textura magnética fundamental cuando interactúa con el Pt, y esta textura magnética está fuertemente influenciada por un campo magnético externo, que luego puede usarse para controlarla.
El equipo hizo esto midiendo y controlando magnéticamente la no conductancia, llamada efecto Hall de segundo orden, donde el voltaje responde ortogonal y cuadráticamente a una corriente eléctrica aplicada. Mediante modelos teóricos, confirmaron que las observaciones pueden describirse exclusivamente mediante medidas cuánticas.
“Nuestro efecto Hall de segundo orden surge de la estructura cuántica métrica que está acoplada a la textura magnética específica en la interfaz Mn.3sn/pt. «Por lo tanto, podemos manipular de manera flexible la medición cuántica modificando la estructura magnética de la materia mediante métodos espintrónicos y verificar esta manipulación del control magnético del efecto Hall de segundo orden».
Este descubrimiento aclara aún más la ciencia cuántica fundamental de los electrones y allana el camino para el diseño de componentes electrónicos innovadores utilizando este enfoque poco convencional de la métrica cuántica.
condición: Manipulación flexible a temperatura ambiente de la estructura cuántica métrica en un antiimán quiral topológico
Autores: Jiahao Han, Tomohiro Uchimura, Yasufumi Araki, Jo Young-yeon, Yutaro Takeuchi, Yuta Yamane, Shun Kanai, Junichi Iida, Hideo Ono, Shunsuke Fukami
Revista: Física de la Naturaleza
doi: 10.1038/s41567-024-02476-2
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