Científicos del RIKEN Center for Emergent Matter Science y colegas han desarrollado una nueva forma de fabricar dispositivos nanométricos tridimensionales a partir de materiales monocristalinos utilizando un instrumento de haz de iones enfocado. El grupo usó este nuevo método para tallar dispositivos en forma de hélice de un imán topológico compuesto por cobalto, estaño y azufre, con fórmula química Co₃Sn₂S₂, y encontró que se comportan como diodos conmutables, lo que significa que permiten que la electricidad fluya más fácilmente en una dirección que en la otra.
Crear nanostructures tridimensionales complejas podría ayudarnos a construir dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente y compactos. Hasta ahora, ha habido pocas formas de crear tales estructuras, y los métodos disponibles limitan severamente la selección y calidad de los materiales.
En el estudio actual, publicado en Nature Nanotechnology, los científicos usaron un haz de iones enfocado que puede cortar materiales con precisión submétrica para superar esta limitación, permitiéndoles, en principio, dar forma a dispositivos tridimensionales de casi cualquier cristal. De la misma manera que los escultores usan herramientas para chipar un bloque de material, utilizaron el haz de iones para recortar el cristal en la forma deseada.
Para demostrar el poder del nuevo método, los investigadores lo usaron para crear dispositivos helicoidales de un material magnético, Co₃Sn₂S₂, que creían que, debido a sus propiedades, mostraría un efecto diodo único —transporte eléctrico no recíproco— surgido de la geometría nanométrica quiral.
En efecto, encontraron que los dispositivos helicoidales actuaban como diminutos diodos conmutables: la corriente eléctrica fluye más fácilmente en una dirección que en la otra, y este efecto diodo podía revertirse cambiando la magnetización o la quiralidad de la hélice. Los investigadores también encontraron el comportamiento inverso: pulsos de corriente fuertes pueden invertir la magnetización de la hélice. Los diodos son dispositivos electrónicos importantes usados en aplicaciones como la conversión CA/CC, procesamiento de señales y dispositivos LED.
Al comparar hélices de diferentes tamaños y temperaturas, rastrearon este efecto a la forma en que los electrones se dispersan asimétricamente de las paredes curvas y quirales de los dispositivos. Juntos, estos resultados destacan la idea de que la forma del dispositivo puede usarse como una herramienta de diseño para la función electrónica, abriendo nuevas rutas hacia componentes de bajo consumo diseñados geométricamente para futuras tecnologías de memoria, lógica y sensores.
Según Max Birch, primer autor del artículo: "Tratando la geometría como una fuente de ruptura de simetría al mismo nivel que las propiedades intrínsecas del material, podemos diseñar no reciprocidad eléctrica a nivel de dispositivo. Nuestro nuevo método de nanoescultura con haz de iones enfocado abre un amplio rango de estudios sobre cómo las geometrías de dispositivos tridimensionales y curvas pueden usarse para realizar nuevas funciones electrónicas."
Según Yoshinori Tokura, líder del grupo de investigación: "De manera más amplia, este enfoque permite diseños de dispositivos que combinan estados electrónicos topológicos o fuertemente correlacionados con curvatura diseñada en el régimen de transporte balístico o hidrodinámico. La convergencia de la física de materiales y la nanofabricación apunta a arquitecturas de dispositivos funcionales con impacto potencial en tecnologías de memoria, lógica y sensores."
Detalles de Publicación
Max Birch et al, Nanosculpted 3D helices of a magnetic Weyl semimetal with switchable non-reciprocal electron transport, Nature Nanotechnology (2026).
Fuente: RIKEN, editado por Robert Egan
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