En la Universidad de Utah se ha descubierto una clase de “materiales milagrosos” -perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas-, que podrían ser la base de futuros dispositivos espintrónicos.

La espintrónica utiliza la dirección de espín del electrón -hacia arriba o hacia abajo- para llevar la información en unos y ceros. Un dispositivo espintrónico puede procesar exponencialmente más datos que los electrónicos tradicionales, que usan el reflujo y el flujo de corriente eléctrica para generar instrucciones digitales. Los físicos han luchado para hacer realidad los dispositivos espintrónicos.

El nuevo estudio, publicado en Nature Physics, es el primero en demostrar que las perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas son una prometedora clase de materiales para la espintrónica. Los investigadores descubrieron que las perovskitas poseen dos propiedades contradictorias necesarias para hacer que los dispositivos espintrónicos funcionen: el giro de los electrones puede ser controlado fácilmente y también puede mantener la dirección del giro el tiempo suficiente para transportar información, una propiedad conocida como vida de espín.

Es un dispositivo que la gente siempre quiso hacer, pero hay grandes retos en la búsqueda de un material que puede ser manipulado y, al mismo tiempo, tener una larga vida útil”, dice en un comunicado Sarah Li, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía en Utah y autora principal del estudio. “Pero para este material, es la propiedad del material mismo lo que satisface ambos requisitos.

Las perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas ya son famosas en los círculos científicos por ser increíblemente eficientes en la conversión de la luz solar en electricidad.

“Es increíble, un material milagroso”, dice Z. Valy Vardeny, profesor distinguido en el Departamento de Física y Astronomía y co-autor del estudio. “En sólo unos pocos años, las células solares basadas en este material tienen un rendimiento de 22 por ciento, y ahora tiene esta propiedad de vida útil, es fantástico”.

Sin embargo, la composición química del material es un candidato improbable para la espintrónica. El marco inorgánico de la perovskita híbrida está hecho de elementos pesados.

Cuanto más pesado sea el átomo, más fácil será manipular el espín electrónico. Eso es bueno para la espintrónica. Pero otras fuerzas también influyen en el giro. Cuando los átomos son pesados, se asume que la vida del espín es corta, explica Li.

La mayoría de investigadores no pensaría que este material tiene una larga vida de espín. También nos sorprende”, dice Li. “Todavía no hemos descubierto la razón exacta, pero es probable que sea una propiedad intrínseca y mágica del material mismo”.

Ajustar un electrón es como afinar una guitarra, pero con un láser y muchos espejos. En primer lugar, los investigadores formaron una delgada capa de yoduro de perovskita metil-amonio híbrido (CH3NH3PbI3) y lo colocaron frente a un láser ultrarrápido que dispara pulsos de luz muy cortos 80 millones de veces por segundo. Estos investigadores son los primeros en utilizar la luz para establecer la orientación del giro de los electrones y observar la precesión de giro en este material.

Dividieron el láser en dos haces; El primero golpeó la capa para establecer el espín de electrones en la dirección deseada. El segundo haz se curva a través de una serie de espejos como una máquina de pinball antes de golpear la capa de perovskita a intervalos de tiempo crecientes para medir cuánto tiempo el electrón sostuvo el espín en la dirección preparada.

Ellos encontraron que la perovskita tiene una duración de vida de espín sorprendentemente larga – hasta nanosegundos. El espín se mueve varias veces durante un nanosegundo, lo que significa que mucha información puede almacenarse y manipularse fácilmente durante ese tiempo.

Una vez que determinaron la larga vida del espín, los investigadores probaron cómo podrían manipular el espín con un campo magnético. Encontraron que podían girar el espín más de 10 vueltas exponiendo el electrón a las fuerzas diferentes del campo magnético.

El potencial para este material es enorme, dice Vardeny. Podría procesar los datos más rápidamente y aumentar la memoria de acceso aleatorio.

Fuente: Europa Press