Los físicos de la Universidad de Groningen han logrado alterar el flujo de ondas de giro a través de un imán, utilizando sólo una corriente eléctrica. Este es un gran paso hacia el transistor de espín que se necesita para construir dispositivos espintrónicos. Estos prometen ser mucho más eficientes energéticamente que la electrónica convencional. Los resultados fueron publicados el 2 de marzo en Cartas de revisión física .

El giro es una propiedad de la mecánica cuántica de los electrones. Simplemente pon, hace que los electrones se comporten como pequeñas agujas de una brújula magnética que pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo. Esto se puede utilizar para transferir o almacenar información, creando dispositivos espintrónicos que prometen varias ventajas sobre la microelectrónica normal.

En una computadora convencional, Se necesitan dispositivos separados para el almacenamiento de datos (a menudo mediante un proceso magnético) y el procesamiento de datos (transistores electrónicos). Spintronics podría integrar ambos en un dispositivo, por lo que ya no sería necesario mover información entre las unidades de almacenamiento y procesamiento. Es más, los giros se pueden almacenar de forma no volátil, lo que significa que su almacenamiento no requiere energía, en contraste con la memoria RAM normal. Todo esto significa que la espintrónica podría potencialmente fabricar computadoras más rápidas y con mayor eficiencia energética.

Ola

Para darse cuenta de esto, se deben dar muchos pasos y se debe obtener una gran cantidad de conocimientos fundamentales. El grupo de Física de Nano Dispositivos del profesor de física Bart van Wees del Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen está a la vanguardia de este campo. En su último artículo, presentan un transistor de espín basado en magnones. Magnones, o hacer girar ondas, son un tipo de onda que solo ocurre en materiales magnéticos. 'Puedes ver magnones como una onda, o una partícula, como electrones ', explica Ludo Cornelissen, Estudiante de doctorado en el grupo Van Wees y primer autor del artículo.

En sus experimentos, Cornelissen y Van Wees generan magnones en materiales que son magnéticos, pero también eléctricamente aislante. Los electrones no pueden viajar a través del imán, pero las ondas giratorias pueden, al igual que una ola en un estadio se mueve mientras los espectadores permanecen en su lugar. Cornelissen usó una tira de platino para inyectar magnones en un imán hecho de granate de itrio y hierro (YIG). 'Cuando una corriente de electrones viaja a través de la tira, los electrones se dispersan por la interacción con los átomos pesados, un proceso que se llama efecto Hall de giro. La dispersión depende del giro de estos electrones, por lo que los electrones con giro hacia arriba y hacia abajo se separan ».

Girar voltear

En la interfaz de platinum y YIG, los electrones rebotan ya que no pueden entrar en el imán. 'Cuando esto pasa, su giro cambia de arriba a abajo, o viceversa. Sin embargo, esto causa un giro paralelo dentro del YIG, que crea un magnón. Los magnones viajan a través del material y pueden detectarse con una segunda tira de platino.

“Describimos este transporte de espín a través de un imán hace algún tiempo. Ahora, hemos dado el siguiente paso:queríamos influir en el transporte ”. Esto se hizo usando una tercera tira de platino entre el inyector y el detector. Aplicando una corriente positiva o negativa, es posible inyectar magnones adicionales en el canal de conducción o drenar magnones de él. Eso hace que nuestra configuración sea análoga a un transistor de efecto de campo. En tal transistor, un campo eléctrico de un electrodo de puerta reduce o aumenta el número de electrones libres en el canal, cerrando así o aumentando la corriente. '

Cornelissen y sus colegas muestran que agregar magnones aumenta la corriente de espín, mientras que drenarlos provoca una reducción significativa. Aunque todavía no pudimos desconectar la corriente magnon por completo, este dispositivo actúa como un transistor ', dice Cornelissen. El modelado teórico muestra que la reducción del grosor del dispositivo puede aumentar el agotamiento de magnones lo suficiente como para detener la corriente magnones por completo.

Superconductividad

Pero hay otra opción interesante, explica el supervisor de Cornelissen, Bart van Wees:'En un dispositivo más delgado, podría ser posible aumentar la cantidad de magnones en el canal a un nivel en el que se formaría un condensado de Bose-Einstein ”. Este es el fenómeno responsable de la superconductividad. Y ocurre a temperatura ambiente, contrario a la superconductividad normal, que solo ocurre a temperaturas muy bajas.

El estudio muestra que se puede hacer un transistor de espín YIG, y que a la larga este material podría incluso producir un superconductor de espín. La belleza del sistema es que la inyección de espín y el control de las corrientes de espín se logran con una simple corriente continua, haciendo que estos dispositivos espintrónicos sean compatibles con la electrónica normal. 'Nuestro próximo paso es ver si podemos hacer realidad esta promesa', concluye Van Wees.