Investigadores del Centro de Ciencia y Fusión del Plasma del MIT (PSFC) Hangu Chui et al. han dado recientemente un nuevo giro a la bien entendida tecnología detrás de los imanes. Si bien eso puede parecer simplista a primera vista (¿cuánto mejor puede llegar a ser un imán, después de todo?), la investigación desbloquea nuevas aplicaciones de materiales. Siendo los imanes (y el propio electromagnetismo) la base de sistemas computacionales completos, se espera que las mejoras en los materiales magnéticos base traigan mejoras de alto impacto en nuestro manejo de estas fuerzas fundamentales.
Aprovechando los efectos cuánticos, los investigadores lograron controlar el efecto Hall anómalo y la curvatura de Berry, dos barreras físicas fundamentales que se opusieron a los intentos de ponerlos a trabajar de una manera que sería útil para nosotros. El nuevo artículo del equipo de investigación, publicado en Nature, arroja algo de luz sobre el uso de telururo de cromo como una forma de aprovechar ambos efectos para mejorar la eficiencia y el rendimiento. ¿Las áreas afectadas? En cualquier lugar que importen los imanes: desde computación, electrónica y robótica.
El efecto Hall se refiere a un descubrimiento realizado por Edwin Hall, de 23 años, en 1879. Hall notó que colocar un imán en ángulo recto contra una tira vertical de metal con una corriente que lo atraviesa desvía la corriente hacia el extremo opuesto. de la hoja de metal (recuerde que la corriente eléctrica es el movimiento ordenado de electrones libres).
Esta diferencia asimétrica en la corriente se conoció como el efecto Hall. Pero con la mecánica cuántica, este comportamiento asimétrico se puede utilizar a nuestro favor. Piense en la mecánica cuántica como una forma de ver lo que realmente está haciendo el efecto Hall a nivel de física de partículas, lo que, a su vez, nos permite comprender y afectar las circunstancias en las que se manifiesta.
Ahí es donde entra en juego la aplicación de un concepto cuántico conocido como curvatura de Berry: dentro de la física cuántica, se puede usar para desviar naturalmente el flujo de electrones (como lo hace el efecto Hall). Excepto porque no necesita el campo magnético, ahora se conoce como el efecto Hall anómalo, y puede usarse para controlar de manera mucho más eficiente el flujo de electricidad.
El trabajo del investigador dio como resultado un material que muestra este efecto Hall anómalo incluso cuando se aprieta y estira, un sello distintivo para el trabajo potencial en el campo de la electrónica flexible. El material está construido con cristales: capas base de óxido de aluminio o titanato de estroncio (de medio milímetro de espesor). Luego, se aplica una capa atómica de telururo de cromo, un compuesto magnético, encima de estas capas. Debido a la forma en que interactúa con las capas base, el compuesto magnético dota de flexibilidad a las capas de cristal.
Pero aquí, «flexible» significa que cuando el material sufre una tensión, no pierde su capacidad de conducir electrones; simplemente se mueven a través de diferentes caminos permitidos por la interacción entre el efecto Hall anómalo y la curvatura de Berry. Esta capacidad es la razón por la cual los investigadores llaman a este compuesto un material «ajustable por tensión», porque ajusta naturalmente la conductancia eléctrica de acuerdo con la tensión a la que se somete. Debido a esto, los investigadores citan múltiples aplicaciones en varios campos de gran relevancia.
En robótica, los materiales ajustables por tensión se pueden usar para «sensores blandos»: sensores que pueden estirarse alrededor de elementos biológicos existentes (como las neuronas cerebrales en BCI). [Brain-computer Interfaces], por ejemplo) para evitar dañarlos o interactuar mejor con ellos. Los sensores que se estiran según los factores ambientales o los mecanismos de control flexibles para prótesis artificiales también se abren a través de esta tecnología, sin mencionar los beneficios para las empresas que exploran, como Neuralink.
Estos materiales ajustables por tensión también tienen aplicaciones en el almacenamiento de datos: el material estirable puede almacenar cantidades variables de datos de acuerdo con la forma exacta en que se estira, lo que traería beneficios definitivos en densidad y posibles beneficios en la retención de datos.
Por supuesto, cualquier tecnología nueva depende del costo; el costo de escalar es un factor limitante. La rapidez con la que se adopta esta tecnología depende de muchos factores, incluido el costo de los materiales en sí, y cuánto trabajo se necesita para adaptar la tecnología de fabricación CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) existente actualmente, la que se encuentra dentro de nuestras mejores CPU. y GPU de elección – para ello.
Pero el costo se cubre con la inversión, y por lo que parece, se debe realizar más trabajo en estos materiales ajustables por tensión: este estudio original fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF), el Massachusetts Instituto de Tecnología y una serie de otros organismos gubernamentales y de investigación con sede en EE. UU. Parece que el impulso detrás de esto podría estar un poco más enfocado de lo habitual.