Válvulas eficientes para los giros de electrones
Se ha desarrollado un nuevo concepto que utiliza el espín de los electrones para cambiar una corriente eléctrica
Investigadores de la Universidad de Basilea, en colaboración con colegas de Pisa, han desarrollado un nuevo concepto que utiliza el espín de los electrones para conmutar una corriente eléctrica. Además de la investigación fundamental, estas válvulas de espín son también los elementos clave de la espintrónica, un tipo de electrónica que explota el espín en lugar de la carga de electrones.
Ilustración de la válvula de giro: Ambos puntos cuánticos (elipses discontinuas) en el nanocable están afinados por nanomagnetos (barras marrones) de tal manera que sólo permiten el paso de electrones con un giro "hacia arriba". Si se cambia la orientación de uno de los imanes, se suprime el flujo de corriente.
Illustration: University of Basel, Department of Physics
En algún momento, la espintrónica podría convertirse en una palabra de moda que forma parte de nuestro vocabulario tanto como la electrónica. La idea detrás de esto es usar el momento angular (spin) de un electrón en lugar de la carga eléctrica. Investigadores de todo el mundo han perseguido este objetivo durante muchos años. La espintrónica promete numerosas aplicaciones en el almacenamiento y procesamiento de la información, y podría mejorar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos. Un importante requisito previo es el control y la detección eficiente de los giros de los electrones.
Un equipo de físicos en torno al profesor Christian Schönenberger y el Dr. Andreas Baumgartner del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea ha desarrollado ahora una nueva técnica para la espintrónica en dispositivos semiconductores. También participaron investigadores del Instituto de Nanociencia de Pisa.
Las nanomagnetas son la clave
Para ello, los científicos forman dos pequeñas islas de semiconductores (puntos cuánticos) una detrás de otra en un nanocable y generan campos magnéticos en los puntos cuánticos utilizando nanomagnetos. Utilizando un campo externo, son capaces de controlar estos imanes individualmente y así pueden determinar si un punto cuántico permite que los electrones pasen con un espín dirigido hacia arriba (arriba) o hacia abajo (abajo). Cuando dos puntos cuánticos están conectados en serie, una corriente sólo fluye si ambos están orientados hacia "arriba" o ambos hacia "abajo". Lo ideal sería que no fluyera ninguna corriente si están orientados en direcciones opuestas.
Arunav Bordoloi, primer autor de la publicación y estudiante de doctorado en el equipo de Schönenberger, encontró que este método producía una polarización del spin cercana al máximo teórico. "Con esta técnica, podemos elegir si un solo electrón en un estado de espín dado puede entrar o salir de un sistema cuántico - con una eficiencia mucho mayor que en las válvulas de espín convencionales", dice.
"En los últimos años, investigadores de todo el mundo han descubierto que es difícil fabricar válvulas de espín útiles para los dispositivos electrónicos nano y cuánticos", dice el Dr. Andreas Baumgartner, que está supervisando el proyecto. "Ahora hemos logrado producir una".
Explorando nuevos fenómenos
Los físicos también pudieron demostrar que los campos magnéticos están localizados en lugares específicos del nanocable. "Esta técnica debería por lo tanto permitirnos estudiar las propiedades de los espines de nuevos fenómenos típicamente demasiado sensibles a los campos magnéticos, como los nuevos estados en los extremos de superconductores especiales", comenta el Dr. Baumgartner.
Este nuevo enfoque de la espintrónica debería permitir ahora la medición directa de las correlaciones de los espíritus y el entrelazamiento de los espíritus y arrojar nueva luz sobre muchos fenómenos físicos antiguos y nuevos. En el futuro, el concepto podría incluso resultar útil en la búsqueda de utilizar los espines de los electrones como la unidad de información más pequeña (bit cuántico) en un ordenador cuántico.
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