Rotación de Faraday gigante en semiconductores de espesor atómico

  

Es bien conocido desde hace varios siglos que, bajo ciertas condiciones, la luz se comporta como una onda que oscila en una dirección del espacio y se propaga en un plano definido llamado plano de polarización. Esta propiedad de propagación de la luz se utiliza en un componente central de las redes de comunicación óptica conocido como "aislador" o "diodo óptico". El componente permite que la luz se propague en una dirección pero bloquea toda la luz en otras direcciones.

Algunos materiales tienen la capacidad de rotar el plano de polarización de la luz. La llamada rotación de Faraday se produce al aplicar un campo magnético y se observa en la respuesta magneto-óptica de sólidos, líquidos y gases. Este efecto ha sido crucial para numerosos avances científicos y tecnológicos en astronomía, biología, química, física y en la ciencia de los materiales. En particular, se utiliza para determinar la estructura de los dominios magnéticos en los sólidos, en sensores ópticos, en el efecto Hall óptico, para aislantes o diodos ópticos, entre otras aplicaciones. 

En este trabajo, un grupo de investigadores de Alemania, Australia, India y Reino Unido, demostró que cuando una onda linealmente polarizada incide en monocapas de diselenuro de tungsteno (WSe2) y disulfuro de molibdeno (MoS2) encapsuladas entre capas de nitruro de boro hexagonal (hBN) bajo la acción de campos magnéticos moderados, el plano de polarización exhibe una rotación de Faraday gigante de varios grados. Este fenómeno físico ocurre en estos materiales debido a excitones que se componen por un electrón y un hueco muy fuertemente ligados por la fuerza de Coulomb. La magnitud de la rotación de Faraday se determina con la constante de Verdet. El efecto observado en este caso corresponde con una constante de Verdet de -1.9 × 107 grad/T·cm, el valor más grande que se ha medido para cualquier tipo de material iluminado con luz del espectro visible.

Estos resultados representan un avance crucial para el uso potencial de dispositivos ultradelgados de polarización óptica. En el futuro, los materiales bidimensionales podrían ser la base de los aislantes ópticos y facilitar su integración en circuitos integrados y en futuras tecnologías ópticas de computación cuántica y de la comunicación.

Para mayor detalle consultar: Nature Communications

Transistores de efecto de campo de alto rendimiento con ferroeléctricos y canales ultradelgados para la electrónica flexible y transparente

 

El desarrollo de la electrónica flexible y transparente de alto rendimiento demanda transistores flexibles constituidos por capas ultradelgadas. El descubrimiento de materiales ferroeléctricos (FE) basados en hafnio (Hf) promovió el desarrollo de transistores de efecto de campo con ferroeléctricos (FeFET) de ultrabajo consumo de energía, alta velocidad de borrado y muy escalables, con alto potencial de aplicación en el campo de las memorias no-volátiles. La conducción en estos FeFETs se controla mediante la conmutación de polarización de la barrera ferroeléctrica en la compuerta, logrando así operaciones rápidas de lectura/escritura del dispositivo.

Sin embargo, el desarrollo de memorias ferroeléctricas que simultáneamente muestren una buena flexibilidad y un rendimiento significativo ha resultado ser un desafío, en particular, debido a las altas temperaturas necesarias para sintetizar los materiales FE.

Un equipo de investigadores de diferentes instituciones de China desarrolló un dispositivo FeFET de alto rendimiento con regímenes térmicos a temperaturas menores de 400 °C mediante la integración de capas HfO2 dopado con Zr (HZO) y óxido de indio-estaño ultradelgado (ITO) con espesores nanométricos. El FeFET propuesto tiene una ventana de memoria de 2.78 V, una alta relación de las corrientes de encendido y apagado (ION/IOFF) de más de 108 y una alta duración de hasta 2×107 ciclos. Además, los FeFETs sometidos a diferentes condiciones de flexión exhiben excelentes propiedades neuromórficas así como confiabilidad de flexión durante 5 × 105 ciclos de pulso con un radio de curvatura de 5 mm. 

La integración eficiente de materiales ferroeléctricos a base de Hf con prometedores materiales de canales ultradelgados como ITO, ofrece oportunidades únicas para posibilitar la fabricación de dispositivos FeFETs portátiles de alto rendimiento y compatibles con la tecnología actual de manufactura de circuitos integrados de semiconductores.

Nature Communications: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46878-5