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Ruído aleatório de telégrafo (RTN), um tipo de ruído eletrônico indesejado, tem sido um incômodo em sistemas eletrônicos, causando flutuações e erros no processamento de sinal. No entanto, uma equipe de pesquisadores do Centro de Física de Nanoestrutura Integrada do Instituto de Ciências Básicas (IBS), na Coréia do Sul, fez uma descoberta intrigante que pode potencialmente aproveitar essas flutuações em semicondutores. Liderada pelo professor LEE Young Hee, a equipe relatou que flutuações magnéticas e seus gigantescos sinais RTN podem ser gerados em um semicondutor de camadas vdW pela introdução de vanádio em disseleneto de tungstênio (V-WSe2) como um minúsculo dopante magnético.
A alta resistência de contato em dispositivos laterais geralmente limita a manifestação de estados quânticos inerentes e degrada ainda mais o desempenho do dispositivo. Para superar essas limitações, os pesquisadores introduziram um dispositivo de junção de tunelamento magnético vertical, intercalando algumas camadas de V-WSe2, um material magnético, entre os eletrodos de grafeno superior e inferior. Este dispositivo foi capaz de manifestar estados quânticos inerentes, como flutuações magnéticas e alcançar sinais RTN de alta amplitude, mesmo com uma pequena concentração de dopagem de vanádio de apenas ~ 0,2%.
Dr. Lan-Anh T. NGUYEN, o primeiro autor do estudo disse: “A chave para o sucesso é perceber grandes flutuações magnéticas na resistência através da construção de dispositivos de junção de tunelamento magnético vertical com baixa resistência de contato.”
Por meio dos experimentos de medição de resistência usando esses dispositivos, os pesquisadores observaram RTNs com alta amplitude de até 80% entre estados dois estáveis bem definidos. No estado biestável, as flutuações magnéticas na resistência prevalecem com a temperatura através da competição entre o acoplamento intracamada e intercamada entre os domínios magnéticos. Eles foram capazes de identificar esse estado magnético biestável por meio de picos gaussianos discretos no histograma RTN com características distintas no espectro de potência de ruído.
Mais importante, os pesquisadores descobriram a capacidade de alternar o estado magnético biestável e a frequência de corte do RTN simplesmente alterando a polaridade da tensão. Esta emocionante descoberta abre caminho para a aplicação de 1/f2 espectroscopia de ruído em semicondutores magnéticos e oferece capacidade de comutação magnética em spintrônica.
“Este é um primeiro passo para observar o estado magnético biestável de grandes flutuações de resistência em semicondutores magnéticos e oferece a capacidade de comutação magnética com 1/f2 ruídos por meio de polaridade de tensão simples na spintrônica”, explicou o professor Lee.
Este trabalho foi feito por meio de pesquisa interdisciplinar em colaboração com JOO Min-Kyu na Sookmyung Women’s University e KIM Philip na Harvard University.
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