Capas magnéticas que brillan y recuerdan exprés
En un semiconductor ordinario es difícil obtener dos cosas a la vez: un magnetismo fuerte y un par electrón-hueco robusto que nace al absorber luz. Las impurezas magnéticas que hacen magnético al material, al mismo tiempo impiden que el electrón y el hueco permanezcan juntos: son como vecinos ruidosos que no dejan a la pareja existir en paz.
El nuevo enfoque ensambla el material a partir de clústeres ya formados V4S9X4 (donde X es flúor, cloro, bromo o yodo). Dentro de cada clúster hay estados localizados que son responsables tanto del momento magnético como de la fuerte atracción entre el electrón y el hueco. Y entre los clústeres surge un acoplamiento que alinea sus momentos magnéticos en una misma dirección: así se obtiene el ferromagnetismo. Como resultado, la capa bidimensional permanece magnética hasta 507,6 kelvin, es decir, por encima de la temperatura ambiente.
Esta capa tiene dos tipos de excitones. El excitón oscuro vive mucho tiempo: 1,20 nanosegundos, y almacena información de espín. El excitón brillante emite luz muy rápido, en 86,87 picosegundos. Esa diferencia permite a la vez responder rápidamente a la luz y recordar durante largo tiempo el estado de espín. Y si se cambia el orden magnético de ferromagnético a antiferromagnético, la vida del excitón varía en un amplio rango, mientras que la energía de enlace apenas se resiente.
Este truco —el ensamblaje a partir de clústeres— ofrece a los ingenieros una nueva forma de diseñar materiales donde la luz, el espín y el magnetismo trabajan juntos a temperatura ambiente. Tales capas podrían convertirse en la base de dispositivos de información cuántica y de electrónica óptica rápida.
El excitón oscuro en V4S9Br4 vive 14 veces más que el brillante, aunque se trata del mismo par electrón-hueco: solo que sus espines están orientados de manera distinta.