Hispanopedia WikiLos semiconductores sin brecha de espín son una nueva clase de materiales con una estructura de banda eléctrica única para diferentes canales de espín, de tal manera que no hay brecha de banda (es decir, "sin brecha") para un canal de espín mientras que hay una brecha finita en otro canal de espín. [1]
En un semiconductor sin separación de espín, los bordes de las bandas de conducción y valencia se tocan, de modo que no se requiere energía umbral para mover electrones de estados ocupados (valencia) a estados vacíos (conducción). Esto le da a los semiconductores sin separación de espín propiedades únicas: a saber, que sus estructuras de banda son extremadamente sensibles a influencias externas (por ejemplo, presión o campo magnético). [2]
Como se necesita muy poca energía para excitar los electrones en un SGS, las concentraciones de carga se pueden "ajustar" con mucha facilidad. Por ejemplo, esto se puede hacer introduciendo un nuevo elemento (dopaje) o mediante la aplicación de un campo magnético o eléctrico (activación).
Un nuevo tipo de SGS identificado en 2017, conocido como semiconductores lineales sin brecha de espín de tipo Dirac, tiene dispersión lineal y se considera una plataforma ideal para la espintrónica sin masa y sin disipación porque el acoplamiento espín-orbital abre una brecha para la banda de conducción y valencia totalmente polarizada por espín y, como resultado, el interior de la muestra se convierte en un aislante, sin embargo, una corriente eléctrica puede fluir sin resistencia en el borde de la muestra. Este efecto, el efecto Hall anómalo cuántico, solo se había observado anteriormente en aislantes topológicos dopados magnéticamente. [2]
Además de los SGS lineales/Dirac, la otra categoría principal de SGS son los semiconductores sin separación de espín parabólico. [3] [4]
La movilidad de los electrones en dichos materiales es de dos a cuatro órdenes de magnitud mayor que en los semiconductores clásicos. [5]
Una convergencia de topología y magnetismo conocida como magnetismo de Chern hace que los SGS sean materiales candidatos ideales para lograr el efecto Hall anómalo cuántico a temperatura ambiente (QAHE). [6]
Los SGS no son triviales topológicamente . [3]
Predicción y descubrimiento
El semiconductor sin brecha de espín se propuso por primera vez como un nuevo concepto de espintrónica y una nueva clase de materiales espintrónicos candidatos en 2008 en un artículo de Xiaolin Wang de la Universidad de Wollongong en Australia. [7] [8] [9]
Propiedades y aplicaciones
La dependencia de la banda prohibida en la dirección del espín conduce a una alta polarización del espín del portador y ofrece prometedoras propiedades electrónicas y magnéticas controladas por espín para aplicaciones de espintrónica. [10]
El semiconductor sin espacio de espín es un material candidato prometedor para la espintrónica porque sus partículas cargadas pueden polarizarse por completo, de modo que el espín se puede controlar mediante solo una pequeña energía externa aplicada. [2]
Referencias
- ^ Skaftouros, S.; Özdoğan, K.; Şaşıoğlu, E.; Galanakis, I. (14 de enero de 2013). "Búsqueda de semiconductores sin espín: el caso de los compuestos de Heusler inverso". Applied Physics Letters . 102 (2): 022402. arXiv : 1210.5355 . Código Bibliográfico :2013ApPhL.102b2402S. doi :10.1063/1.4775599. ISSN 0003-6951. S2CID 311785.
- ^ abc "Semiconductores sin separación de espín: materiales prometedores para una nueva espintrónica y un flujo de corriente sin disipación | Centro de Excelencia ARC en Tecnologías Futuras de Electrónica de Bajo Consumo". 4 de julio de 2017.
- ^ ab Wang, Xiaotian; Li, Tingzhou; Cheng, Zhenxiang; Wang, Xiao-Lin; Chen, Hong (2018). "Avances recientes en semiconductores sin espacio de espín de Dirac". Revisiones de Física Aplicada . 5 (4): 041103. Código bibliográfico : 2018ApPRv...5d1103W. doi : 10.1063/1.5042604. S2CID 125280965.
- ^ Wang, Xiaotian (2018). "Búsqueda de un nuevo miembro de semiconductores sin brecha de espín de tipo parabólico: el caso del compuesto cuaternario de tipo diamante CuMn2InSe4". Applied Physics Reviews . 10 : 301. Bibcode :2018ResPh..10..301H. doi : 10.1016/j.rinp.2018.06.031 .
- ^ Wang, Xiao-Lin (2016). "Semiconductores sin brecha de espín de Dirac: plataformas prometedoras para espintrónica sin masa y sin disipación y nuevos efectos Hall de espín anómalos (cuánticos)". National Science Review . 4 (2): 252– 257. arXiv : 1607.06057 . doi :10.1093/nsr/nww069.
- ^ Wang, Xiaolin (21 de junio de 2024). "Materiales y dispositivos cuánticos sin separación de espín". Materiales avanzados . 36 (33): e2402503. Bibcode :2024AdM....3602503N. doi : 10.1002/adma.202402503 . PMID 38962884.
- ^ Wang, Xiaolin (18 de abril de 2008). "Propuesta para una nueva clase de materiales: semiconductores sin separación de espín". Physical Review Letters . 100 (15): 156404. Bibcode :2008PhRvL.100o6404W. doi :10.1103/physrevlett.100.156404. PMID 18518135. S2CID 22372621.
- ^ "Centro de medios | Universidad de Wollongong".
- ^ "Semiconductores de óxido sin huecos: diseño de giro". NPG Asia Materials : 1. 2008. doi : 10.1038/asiamat.2008.78 .
- ^ "Medios metales y semiconductores sin separación de espín".
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