Semicondutores Spin-Gapless mostram promessa em dispositivos Spintronic

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br


A eletrônica convencional e a tecnologia da informação são baseadas na carga e no intervalo de banda do elétron. Por outro lado, o campo emergente da spintrônica depende da rotação dos elétrons (seu momento angular intrínseco), além de sua carga.

Pesquisadores da Universidade de Wollongong (UoW) concluíram recentemente um extenso estudo de semicondutores sem manopla (SGS), uma nova classe de materiais que une semicondutores e semimetais. Esses pesquisadores começaram a experimentar materiais que evitariam a dissipação de energia desperdiçada pela condução elétrica.

Dirac e estruturas de banda dos materiais parabólicos da SGS, juntamente com o acoplamento orbital de rotação. Imagem usada cortesia do Center for Future Low-Energy Electronics Technologies (Fleet)

Especialistas neste campo afirmam que a SGS permitirá que os pesquisadores desenvolvam melhor spintronics de potência ultra-rápida e ultra-baixa.

Origens dos semicondutores Spin Gapless

Os semicondutores sem calibre de rotação foram propostos pela primeira vez pelo professor Xiaolin Wang, diretor do Instituto de materiais supercondutores e eletrônicos da UoW em 2008. No início de sua pesquisa, o professor Wang e sua equipe estavam tentando encontrar materiais adequados para aplicações spintrônicas ultra-rápidas . O objetivo da equipe era operar um dispositivo spintrônico sem dissipação desperdiçada de energia da condução elétrica.

Leia Também  Nokia escolhe três principais fornecedores de chips para o chipset 5G personalizado

Importante para a pesquisa de Wang foi a compreensão das estruturas de banda dos diferentes materiais.

Por exemplo, no silício, a banda de condução e valência são separadas por um pequeno espaço. Com energia de limiar pequeno, pode impulsionar elétrons para a banda de condução do material. Para condutores, um material precisa de um pequeno espaço entre a valência e a banda de condução para permitir que os elétrons fluam facilmente. Nos isoladores, os materiais são separados por um intervalo maior de banda, impedindo o fluxo de elétrons.

Bandas de valência (inferiores) e bandas de condução (superiores) em metal, isolador ou semicondutor.

Bandas de valência (inferiores) e bandas de condução (superiores) em metal, isolador ou semicondutor. Imagem usada cortesia do Center for Future Low-Energy Electronics Technologies (Fleet)

No estudo, o professor Wang e sua equipe descobriram que um semicondutor sem faixa de rotação tinha a banda de condução e valência juntas na borda. Isso significava que não era necessário um limiar de energia para mover elétrons. O novo material era, portanto, sensível a influências externas. A SGS constrói uma ponte sobre materiais com espaço zero e semimetais, enquanto possui elétrons e orifícios totalmente polarizados por rotação.

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br

Ramos da SGS: dispersão de Dirac e dispersão parabólica

No início deste mês, o professor Wang e sua equipe na UoW começaram a se afastar ainda mais dos semicondutores padrão baseados em silício observando um Dirac e três subtipos de SGSs parabólicos em sistemas diferentes. A estrutura da banda SGS se divide em duas categorias de dispersão de energia: dispersão linear Dirac e dispersão parabólica.

O SGS classificado como dispersão Dirac permite eliminar a massa efetiva do elétron. Os semicondutores sem mancais de rotação do tipo Dirac podem obter transporte de carga sem dissipação na borda da amostra, separando cargas totalmente polarizadas por rotação usando um campo externo aplicado ou magnetização interna.

Leia Também  VF370 Módulo SBC OpenVPX 3U baseado em Intel para aplicativos SWaP

Os subtipos parabólicos apresentam comportamento contínuo para as bandas de condução e valência, mas giram em direções diferentes. No entanto, os dispositivos spintrônicos precisam apenas de uma orientação de rotação.

Como a SGS pode afetar a Spintronics

Os dispositivos Spintronic transportam rapidamente elétrons sem dissipar energia. Esses dispositivos também podem manipular a carga e se tornar controláveis ​​quando a energia externa for aplicada. Para atender a esses requisitos, o professor Wang procurou maneiras de eliminar a massa de partículas carregadas e tornar essas cargas sem massa totalmente polarizadas por rotação eletrônica.

O professor Wang compartilhou seus pensamentos sobre como a SGS afetará a spintrônica: “Aplicações potenciais de SGSs em dispositivos spintrônicos de última geração [include] eletrônica baixa e optoeletrônica com alta velocidade e baixo consumo de energia. ”

Como a SGS permite o dobro de graus de liberdade de manipulação, os dispositivos spintronic têm o potencial de armazenamento e transferência de dados muito mais eficientes. Os pesquisadores selecionam o material mais útil do Dirac SGS baseado em óxido de manganês, moldado em treliças semelhantes a favos de mel.

Óxido de manganês em forma de treliça tipo favo de mel

Óxido de manganês em forma de treliça tipo favo de mel. Imagem usada cortesia do Center for Future Low-Energy Electronics Technologies (Fleet)

O professor Wang propôs que existem dois critérios principais de seleção para spintrônicos sem massa e sem dissipação de calor: a saber, que eles são ferromagnéticos e que possuem reticulados adequados para criar a estrutura de banda necessária.

A SGS resistirá ao silício e a outros materiais?

Na década passada, um grande número de SGDs do tipo Dirac ou parabólico foi previsto pela teoria funcional da densidade e alguns SGS parabólicos foram demonstrados experimentalmente em materiais de monocamada e a granel. Vários candidatos em potencial para a SGS do tipo Dirac foram revisados ​​no último trabalho de Wang.

Leia Também  Entendendo a computação de borda | Design Eletrônico

Nos circuitos semicondutores que usam o silício como base, os elétrons se espalham pelas imperfeições e estruturas, dissipando energia no processo. É essa energia desperdiçada que compõe a maior parte dos 5% da eletricidade global consumida em farms de servidores de tecnologia da informação (TI) e datacenters.

Embora seja muito cedo para determinar se a SGS será um concorrente notável do silício ou de outros semicondutores, os engenheiros poderão observar um eventual aumento de materiais baseados na SGS em dispositivos spintrônicos. Essa busca por SGDs Dirac para spintrônica sem massa e sem dissipação também pode estimular o interesse em outros candidatos materiais.

cupom com desconto - o melhor site de cupom de desconto cupomcomdesconto.com.br