Científicos de la Universidad Rice han descubierto que las arrugas microscópicas en materiales bidimensionales pueden permitir un control preciso del espín de los electrones, lo que ofrece una nueva vía para desarrollar dispositivos electrónicos más compactos y energéticamente eficientes. Esta investigación se centra en la intersección entre la ingeniería de deformación en materiales 2D y las propiedades de la espintrónica.
La mayoría de los dispositivos electrónicos actuales dependen de la carga del electrón para procesar información, mientras que la tecnología de espintrónica intenta utilizar la propiedad del espín del electrón (arriba o abajo) para codificar información. Esta tecnología tiene el potencial de superar los cuellos de botella de eficiencia energética de la tecnología de silicio actual y reducir el consumo de energía de los dispositivos informáticos. Sin embargo, la información de espín tiende a decaer en los materiales debido a la dispersión de electrones, lo que constituye un desafío principal para el desarrollo tecnológico.
En un estudio reciente publicado en la revista Matter, el equipo de la Universidad Rice descubrió que cuando materiales bidimensionales como el ditelururo de molibdeno forman arrugas, generan una estructura de espín especial llamada hélice de espín persistente (PSH, por sus siglas en inglés). Esta estructura puede mantener efectivamente el estado de espín, evitando la pérdida de información incluso en presencia de dispersión de electrones. Sunny Gupta, primer autor del estudio, declaró: "En materiales con estado PSH, el estado de espín permanece inalterado. Este tipo de materiales es muy raro en la naturaleza y difícil de fabricar".
El equipo de investigación, dirigido por el científico de materiales Boris Yakobson, planteó la hipótesis teórica de que la falta de uniformidad en la deformación causada por las arrugas en materiales 2D induce un efecto de polarización eléctrica por flexión, generando así un campo eléctrico interno. Una mayor curvatura conduce a una interacción más fuerte entre el espín y la órbita. En regiones de curvatura extremadamente alta, el espín exhibe una textura helicoidal regular, completando una inversión de espín dentro de una escala de aproximadamente 1 nanómetro. Gupta señaló: "Demostramos que las arrugas en forma de horquilla en el ditelururo de molibdeno pueden lograr una longitud de precesión de espín de aproximadamente 1 nanómetro, que es el récord más corto reportado hasta la fecha". Una longitud de precesión más corta ayuda a diseñar dispositivos espintrónicos más compactos.
Esta investigación demuestra la viabilidad de controlar el comportamiento cuántico mediante la ingeniería de deformación en materiales bidimensionales. Yakobson declaró: "La deformación mecánica en materiales 2D puede generar distribuciones de campo únicas, induciendo así la formación de texturas de espín especiales". Gupta añadió: "La combinación de deformación geométrica y efectos cuánticos abre una nueva dimensión de diseño para la espintrónica".
